Fundamentarea științifică a temei Pile și elemente galvanice [310228]

CAPITOLUL I

Fundamentarea științifică a temei ”Pile și elemente galvanice”

I.1. Istoricul pilelor electrochimice

Electrochimia este știința care se ocupă cu studiul proceselor de transformare reciprocă a energiei chimice și electrice. [anonimizat], dezvoltându-[anonimizat]. Se află în plină dezvoltare: bioelectrochimia, fotoelectrochimia, nanoelectrochimia. [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat] Î. Hr. apar primele atestări ale generării curentului electric.

[anonimizat].

1791 – Luigi Galvani prezintă publicului primele observații referitoare la mișcările de

contracție ale mușchilor unei broaște atunci când aceasta este atinsă de o pensetă bimetalică (experimentul de stimulare neuromusculară al lui Galvani).

1793 – [anonimizat], afirmă că

picioarele broaștei s-au mișcat datorită formării unei micropile electochimice între cele două metale care au intrat în contact prin intermediul unui electrolit.

1799 – Alessandro Volta construiește prima pilă electrochimică.

1805 – [anonimizat].

1836 – [anonimizat] ”[anonimizat]”.

1839 – Wiliam R. Grove inventează pila de combustie cu hidrogen și oxigen.

1859 – Gaston Planté [anonimizat]

100 de ani tehnologia pilelor electrochimice reîncărcabile.

1866 – Georges Leclanché [anonimizat], folosită pe scară

largă și astăzi cu foarte puține modificări.

1879 – [anonimizat].

1901 – Thomas Alva Edison și Waldemer Jungner inventează prima pilă

electrochimică alcalină reîncărcabilă.

1902 – este fondată Societate Americană de Electrochimie.

1910 – Louis Georges Gouy și David L. Chapman oferă primele dezvoltări

matematice coerente ale stratului dublu electric.

1912 – Julius Bernstein publică lucrarea ”Elektrobiologie” în care apare pentru prima

dată aplicarea principiilor electrochimice asupra membranelor celulelor organismelor vii.

1913 – odată cu producerea oțelului inoxidabil în cantități industriale în Sheffield

(Anglia) apar și primele încercări de a explica teoretic pasivarea metalelor.

1932 – [anonimizat].

1941 – Karl Friedrich Bonhoeffer publică primele studii de pasivare ale fierului și

reactivitatea sa în soluții de acid azotic.

1952 – Allan L. Hodgkin și Andrew F. Huvlev (premiul Nobel în 1963) elaborează

modelul electrochimic al cuplului Na+/K+ pentru explicarea transmiterii impulsului nervos.

1960 – Wilson Greatbatch pune la punct un stimulator cardiac care folosește o baterie

Duracell special construită în acest scop de Samuel Ruben.

1978 – Peter Dennis Mitchell primește premiul Nobel pentru elucidarea mecanismului

conversiei adenozindifosfatului în adenozintrifosfat; este considerat ca fiind unul dintre pionierii bioelectrochimiei moderne.

1990 este anul de referință al trecerii autovehiculelor propulsate electric de la faza de

laborator (prototip) la faza de testare urbană.

1992 – Rudolph A. Marcus primește premiul Nobel pentru lucrările sale în domeniul

teoriei reacțiilor cu transfer de electroni în sistemele redox.

1993 – primul autobuz comercial cu autonomie mai mare de 100 km, alimentat cu

energie electrică furnizată de pile de combustie.

1994 – General Electric aplică în mod experimental, pentru prima dată, electroforeza

capilară și oxidarea in situ pentru distrugerea contaminanților din sol.

1997 – Fuji Photo Film Corp fabrică un nou material anodic pentru bateriile Li/ion,

bazat pe un material compozit de tipul metal – oxid – sticlă, cu o capacitate de stocare a energiei de circa 1,5 ori mai mare decât cele clasice.

1998 – Ford introduce pe piață modelul comercial de autoturism electric Ranger

Electric 4×4 pe bază de acumulatori Ni/metal hidrură, cu o autonomie de 136 – 150 km/ciclu de încărcare.

1999 – National Renewable Energy Laboratory (SUA) anunță producerea unei celule

hibrid fotovoltaică – fotoelectrochimică, capabilă să descompună apa în hidrogen și oxigen cu un randament de 12% (de circa 4 – 5 ori mai mare decât cele obținute până în 1997 la nivel mondial); tehnologia folosită utilizează o combinație de electrozi compoziți pe bază de galiu – indiu și galiu – arsen.

1999 – Nissan introduce pe piață modelul Nissan Alta Electric Vehicle ca automobil

electric produs în serie, dotat cu patru locuri, având un motor electric de 30 KW și utilizând acumulatori de Li/ion; autonomia acestui model este de 180 km și poate atinge o viteză maximă de 130 km/h.

2002 – puterea totală a centralelor electrice pe bază de pile de combustie în SUA este

estimată la 4100 MW.

2007 – firma Honda a prezentat la Greater Los Angeles Auto Show, modelul FCX

Clarity, primul autovehicul alimentat exclusiv cu pile de combustie pe bază de hidrogen, care a fost introdus apoi experimental, prin închiriere, în SUA în iunie 2008 și în Japonia în noiembrie 2008.

2010 – Lotus Cars a prezentat la Londra prima flotă de 50 de taxiuri pe bază de pile

de combustie care au deservit Jocurile Olimpice din 2012, concomitent cu alte 150 de autobuze tot pe bază de pile de combustie.

I.2. Reacții chimice cu transfer de electroni (REDOX)

Următoarele idei stau la baza teoriei moderne redox sau teoriei electro – ionice:

procesele în care se modifică valența a cel puțin două elemente sunt fenomene redox;

fenomenele de oxidare și reducere sunt concomitente ( un element se oxidează, iar

un altul se reduce), în același timp numărul de electroni cedați este egal cu numărul de electroni acceptați;

OXIDAREA se definește ca fenomenul în care o particulă cedează electroni :

când trece un ion negativ în atom neutru sau în ion pozitiv: S2− → S0 → S4+

când trece un atom neutru în ion pozitiv: S0 → S4+

când crește sarcina pozitivă a unui ion: S4+ → S6+

AGENTUL REDUCĂTOR (Red) reprezintă reactantul care cedează electroni, oxidându-se;

REDUCEREA se definește ca fenomenul în care o particulă acceptă electroni:

când se micșoreză valența unui ion pozitiv: Fe3+ → Fe2+; N5+ → N2+

când trece un ion pozitiv în atom neutru și apoi în ion negativ:

S4+ → S0 → S2−; N5+ → N0 → N3−

AGENTUL OXIDANT (Ox) reprezintă reactantul care acceptă electroni și se reduce.

Cele două procese nu pot fi separate, de cele mai multe ori, exceptând electroliza și

sursele electrochimice de energie, în aceste cazuri reacțiile au loc separat la nivelul electrozilor și se numesc procese de electrod.

Un proces redox, la general, se poate scrie sub forma a două semireacții:

Red1 Ox1 + ne− reacție de oxidare

Ox2 + ne− Red2 reacție de reducere

Red1 + Ox2 Ox1 + Red2 reacția globală

Red = agent reducător (donor de e−), Ox = agent oxidant (acceptor de e−).

Aplicațiile procesele redox: obținerea curentului electric cu ajutorul pilelor electrochimice, obținerea unor compuși chimici cu ajutorul celulelor de electroliză. În pilele electrochimice reacțiile redox sunt reacții spontane, generatoare de curent electric. Reacțiile redox din celulele de electroliză se desfășoară sub acțiunea curentului electric, deci nu sunt reacții spontane.

I.3. Electrozi și potențial de electrod

Electrodul este reprezentat de interfața situată între conductorul electronic și conductorul ionic. Mărimea fizică de bază în analiza fenomenelor care au loc la electrozi o reprezintă potențialul de electrod. Considerăm fenomenele de cedare/acceptare de electroni care au loc la un electrod: Mz+ + ze− M, pentru definirea acestei mărimi. Reacția care decurge la un electrod se denumește reacție potențial activă (RPA). Presupunând că un metal, M, este conductorul electronic și o soluție de sare a lui care care conține ioni Mz+ este conductorul ionic, reacțiile ce pot avea loc la electrozi sunt (Figura 1.1.):

Figura 1.1. Reacții de electrod

În soluții electronii nu pot exista liberi. Din această este cauză, în urma acestor reacții, pe suprafața metalului apar sarcini electrice. Datorită atracției electrostatice, în apropierea suprafeței se vor afla particule încărcate electric (ioni), cu sarcini de semn contrar, realizând o interfață cu sarcini electrice separate, numită strat dublu electric. Stratul dublu electric are structura unui condensator și este caracterizat de o diferență de potențial numită potențial de electrod.

“Potențialul de electrod este diferența de potențial dintre un punct al solidului conductor și un punct din soluția electrolitului. Potențialul absolut este diferența energiei electronice dintre un punct din metal (nivelul Fermi) și un punct din afara soluției.” Potențialul de oxidare se notează cu iar potențialul de reducere cu red (ox = −red). Determinarea teoretică sau măsurarea experimentală a potențialului absolut de electrod este imposibilă, ceea ce a dus la stabilirea convențională a noțiunii de potențial relativ de electrod.

„Potențialul relativ de electrod reprezintă valoarea diferenței de potențial (tensiunea electromotoare) măsurată între electrodul de evaluat și un electrod de referință ales convențional (ex. electrodul normal/standard de hidrogen).” Sensul de deviație al acului instrumentului de măsură când electrodul este cuplat cu electrodul normal de hidrogen (alcătuit dintr-un conductor inert de Pt în contact cu H2 gazos barbotat într-o soluție de acid sulfuric: (Pt) H2│H+) determină semnul potențialului de electrod.

“Potențialul standard de electrod reprezintă potențialul de echilibru al sistemului metal – soluție de electrolit care conține ionii săi cu activitatea egală cu unitatea (a = 1) la temperatura de 250C și presiunea de 1 atm.’’ Pentru că valoarea absolută a potențialului de electrod nu poate fi determinată, se alege ca referință, în mod convențional, electrodul normal de hidrogen al cărui potențial standard 0 este considerat egal cu zero.

Exemplu:

(Pt) H2│H+ ║Zn2+│Zn = 0,76 V

(Pt) H2│H+ ║Cl−│Cl2 (Pt) = 1,36 V

Lanțurile electrochimice se simbolizează reprezentând schematic cei doi electrozi legați printr-o punte de sare (care are rolul de a asigura neutralitatea electrică a soluțiilor sărurilor celor doi electrozi). Conform reglementărilor IUPAC, o pilă electrochimică este scrisă în forma:

Limita de separare dintre cele două faze este simbolizată cu o linie verticală ”│”,

potențialul la interfață este înglobat în potențialul total al celulei;

Gazele, moleculele, materialele și elementele din care sunt fabricați electrozii sunt descrise prin simbolurile chimice obișnuite, iar concentrațiile moleculelor și ionilor, precum și presiunile parțiale ale gazelor sunt date în paranteze;

”║” indică joncțiunea dintre cei doi conductori electrolitici concepută fie printr-o

membrană semipermeabilă, fie printr-o punte de sare;

Prin convenție celula în care are loc oxidarea se scrie prima.

,,Ecuația lui Nernst reprezintă influența activității speciei potențial active asupra potențialului de electrod.” Dacă se utilizează electrodul normal de hidrogen ca electrod de referință, ecuația lui Nernst este:

+ ln

unde:

= potențialul relativ;

= potențialul standard;

z = numărul de electroni transferați în reacția respectivă;

R = constanta universală a gazelor perfecte (8,314J/mol K);

T = temperatura absolută (K);

F = constanta lui Faraday (96500 C/Eg);

= activitatea lui Mz+.

Ecuația devine la 250C:

+ lg

Pentru a = 1, (potențialul de electrod este egal cu potențialul standard). Potențialele cu care se lucrează în ecuația lui Nernst sunt potențiale de reducere (calculate pentru reacția potențial activă scrisă în sensul reducerii): Mz+ + ze− → M, în convenția europeană.

Electrodul de hidrogen este incomod de folosit în practică din cauza problemelor legate de siguranță în exploatare și din acest motiv se folosesc electrozii nepolarizabili, de specia a II – a, care au potențial de electrod cunoscut și constant în timp.

Electrozii se clasifică, în funcție de tipul electrodului, în:

expresia potențialului de electrod:

Specia 0 (Redox) Pt, Pd, Au, Ir și Ti

grafit, diamant și SnO2

Specia 1 metalic = + ln

de gaz reversibili în raport cu cationul

= + ln

reversibili în raport cu anionul

= + ln

Specia II Ag-AgCl, sat. Cl− și calomel

= − ln

Specia III

Ion – selectivi Ecuația lui Nernst – Nikolsky – Eisenmann

de amalgam

I.4. Tensiunea electromotoare a pilelor electrochimice

Pila electrochimică reprezintă o sursă care generează curent electric, printr-un proces chimic (și în parte fizic) la care participă un electrolit. Pila are drept componente principale doi electrozi (Figura 1.2.). Electrozii sunt în contact, în interiorul pilei, prin electroliții lor. Electronii circulă de la electrodul negativ la cel pozitiv prin circuitul exterior.

Figura 1.2. Reprezentarea schematică a unei pile electrochimice

,,Diferența de potențial totală de-a lungul unei pile în condiții de echilibru al electrozilor poartă numele de tensiune electromotoare (E).’’ Suma algebrică a potențialelor celor doi electrozi în circuit deschis reprezintă tensiunea electromotoare.

E = + = + = −

Tensiunea electromotoare a unei pile electrochimice atunci când reacția de la catod se scrie în sensul reducerii (), iar reacția de la anod se scrie în sensul oxidării, se reprezintă prin relația de mai sus.

E = − = − = – ( − )

Tensiunea electromotoare a unei pile electrochimice atunci când potențialele apar numai sub formă de potențiale de reducere este reprezentată prin relația de mai sus.

Pentru o reacție electromotric activă (REMA) de forma: aA + bB cC + dD

Ecuația lui Nernst: E = E0 + ln

unde E0 = tensiunea electromotoare standard.

Tensiunea la borne (EB) reprezintă diferența dintre potențialele celor doi electrozi, când pila debitează curent în circuit închis.Tensiunea la borne va avea o valoare mai mică decât tensiunea electromotoare: EB E, deoarece o parte din tensiunea se pierde din cauza căderii de potențial pe rezistența internă a pilei.

I.5. Sisteme electrochimice conduse și autoconduse

Un ansamblu de elemente în care au loc reacții chimice de oxido-reducere, ca urmare a unui transfer de sarcină/electroni la nivelul unor interfețe de tipul solid – lichid este un sistem electrochimic.

Acesta conține obligatoriu conductorul electronic/solidul de interfață, numit electrod (metal, semiconductor, nemetal – grafit), în stare să preia sarcina electrică și să o ducă în/din circuitul exterior, conductorul de tip ionic (soluție de electrolit sau electrolit topit), cu scopul de a transporta curentul electric între electrozi, facultativ un corp al sistemului (poate lipsi în cazul coroziunii) și ansamblul reacțiilor de oxido-reducere care au loc în sistem. A fost acceptă și noțiunea de electrolid solid (ex. polimeri conductivi) în ultimul timp.

Sistemele electrochimice se clasifică în sisteme conduse și sisteme autoconduse, în funcție de sensul reacțiilor chimice.

Sistemele conduse (Figura 1.3.), sunt sisteme electrochimice în care se desfășoară o reacție chimică în urma deplasării unui curent electric, numite celule de electroliză.

Figura 1.3. Sistem electrochimic condus (celula de electroliză)

Sistemele autoconduse (Figura 1.4.), sunt sisteme electrochimice în care este generată o tensiune ca urmare a apariței unei reacții chimice spontane (ex. pila Daniell), numite pile electrochimice.

Figura 1.4. Sistem electrochimic autocondus (celulă galvanică)

Sistemele de coroziune sunt cazuri particulare ale sistemelor electrochimice

autoconduse, care nu au, practic, un corp de celulă de dimensiuni limitate (limitele zonelor de coroziune se pot modifica în timp), în care energia reacției spontane generată de procesele redox se regăsește, în final, sub formă de căldură (curentul generat în reacție este convertit în

căldură datorită efectului Joule, rolul rezistenței jucându-l, aici, electrolitul generat in situ prin dizolvarea gazelor și a impurităților în picăturile de apă.

Sunt cazuri în care două sisteme electrochimice, identice din punct de vedere constructiv și al compoziției electrolitului, pot acționa atât ca sistem condus, cât și ca sistem autocondus, după regimul de exploatare (ex. acumulatorul cu plumb – sistem condus la încărcare și autocondus la descărcare). Condiția ca aceste sisteme să poată fi operate în mod alternativ este ca procesele de electrod să aibă un grad de quasireversibilitate cât mai mare.Sistemele electrochimice conduse și autoconduse pot avea spațiile anodice și catodice despărțite cu ajutorul unor membrane poroase, punți de sare, clopote separatoare pentru gaze (electroliza clorurii de sodiu cu anozi de grafit, pilele electrochimice primare, secundare, pilele de combustie) ori pot acționa fără ca aceste spații să fie separate (rafinarea cuprului, sistemele de coroziune), după tipul procesului electrochimic.

Semnul și denumirea electrozilor pentru sistemele conduse și pentru cele autoconduse, depind de natura proceselor care au loc la electrozi, numite și reacții de semicelulă.

Reacția de oxidare are loc la anod și este o reacție care se petrece cu cedarea unui număr de electroni, z, a unei substanțe prezentă sub formă redusă, Red, aceasta fiind modificată în forma oxidată, Ox, a substanței respective:

Red1 → Ox1 + z1e−

La catod va avea loc reacția de reducere, caracterizată de acceptarea unui număr de electroni:

Ox2 + z2e−→ Red2

Ținănd cont de aceste argumente și fluxul electronilor, anodul sistemelor conduse va avea semnul (+) și catodul sistemelor conduse, semnul (−). În cazul sistemelor autoconduse, anodul va avea semnul (−) și catodul sistemelor autoconduse, semnul (+).

Cantitatea de electricitate care trece prin sistem este identică, și pentru spațiul anodic, și pentru cel catodic. Reacția globală se obține echilibrând stoechiometric relațiile de mai sus:

z2Red1 + z1Ox2 → z2Ox1 + z1Red2

I.6. Surse chimice de energie electrică

Energia chimică a reacțiilor redox este transformtă direct în energie electrică cu ajutorul sistemelor electrochimice autoconduse, denumite pile electrochimice, surse de energie/curent, elemente galvanice sau voltaice.

Figura 1.5. Pile electrice de diferite forme și mărimi

Aceste sisteme de conversie a energiei chimice, au ca și caracteristică esențială, absența proceselor intermediare de conversie. Astfel, randamentul de conversie al surselor electrochimice de energie electrică este mai ridicat, determinând o eficiență energetică mult mai mare. Alt avantaj este absența poluării directe iar, pentru unele sisteme (pile de combustie), produsul final este apa.

Bateria este un element galvanic, un dispozitiv care transformă energia chimică în electricitate. O baterie este formată din două sau mai multe celule conectate în serie sau în paralel, dar termenul este folosit și pentru cele singulare. Toate pilele au în componența lor un lichid, electrolit solid sau pastă și doi electrozi, unul funcționând ca pol pozitiv și celălalt, ca pol negativ. Unul din electrozi va reacționa eliberând electroni, iar celălalt va accepta electroni; electrolitul este un conductor ionic.

Figura 1.6. Construirea unei pile electrochimice

Elementele galvanice sunt sisteme electrochimice autoconduse, în care polaritatea electrozilor în procesul de descărcare este inversă față de cea din sistemele conduse, și anume:

catodul, unde are loc procesul de reducere, semn pozitiv, (+);

anodul, unde se desfășoară procesul de oxidare, semn negativ, (−).

Este imposibil de clasificat pilele electrochimice după un criteriu unic, general valabil și atotcuprinzător, datorită existenței unui număr mare .

Clasificarea pilelor electrochimice:

după caracterul reversibil al reacției, se clasifică în trei grupe:

pile primare (ireversibile) – producerea de energie se face cu ajutorul

reactanților existenți în pilă în cantități limitate și care nu se pot regenera prin electroliză (pila Leclanché);

pile secundare sau acumulatori (reversibile) – reactanții, aflați în

cantitate limitată în pilă se pot regenera prin electroliză (acumulatorul cu plumb);

pile de combustie (reversibile sau ireversibile) – funcționează atâta

timp cât sunt alimentate cu un combustibil (pila de combustie oxigen – hidrogen).

după natura reacțiilor care au loc:

pile chimice (pila Daniell);

pile de concentrație (pila de concentrație cu oxigen).

după starea de agregare a depolarizantului (oxidantul care se reduce la catod):

pile cu depolarizant solid (pila Leclanché);

pile cu depolarizant lichid (pila Daniell);

pile cu depolarizant gazos (pila zinc – oxigen).

după starea de agregare a electrolitului:

pile cu electrolit lichid (pila Volta);

pile cu electrolit solid (pila Ag/Ag/X/X2);

pile cu electrolit gazos (pila Mg/AgCl/NH3).

Consumatorii mobili de energie electrică: submarine, avioane, autoturisme, rachete, vapoare, aparate electronice și electrice portabile etc., manifestă interes față de sursele electrochimice de curent.. Activitățile din zonele izolate sunt condiționate de surse de energie autonome, ușor de transportat și cu durată mare de funcționare.

I.7. Acumulatori pe bază de litiu

Acești acumulatori fac parte din ultima generație de acumulatori și sunt foarte mult utilizați în domeniul militar, aeronautic, spațial și al aplicațiilor civile de genul telefoanelor celulare, computerelor portabile, dispozitivelor de poziționare globală prin satelit (GPS), PDA – uri etc.

Acumulatoarele LI – ion utilizează:

anozii, care sunt materiale pe bază de carbon (cel mai popular este grafitul), care pot

încorpora sau ceda reversibil cantități importante de Li, fără ca aceste procese să modifice proprietățile mecanice sau electrice;

catozii, care sunt electrozi compoziți în care masa activă de LixMOy sub formă de

particule micronice, este amestecată cu un aditiv conductor și cu un liant polimeric, care unesc particulele și le determină să adere la colectorul de curent. Exemple de materiale active

pentru catod sunt: LiMnO2 (ortorombic, 3V), VOx (3V), LiMn2O4 (spinel, 4V), LiNiO2, LiCoO2 (4V) etc.;

electrolitul acestui tip de acumulatoare este reprezentat de o sare de litiu (LiPF6, LiClO4,

LiBF4) dizolvată într-un amestec de solvenți organici (carbonat de etilenă/carbonat de propilenă + carbonat de dimetil/carbonat de dietil).

Ambii electrozi sunt compuși stratificați care intercalează reversibil litiul în procese care sunt, practic, tranziții de fază între etape cu grade diferite de litiere. Pe parcursul descărcării, ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ la electrodul pozitiv; la încărcare, aceștia se deplasează în sens invers (Figura 1.7.). De aceea, acumulatoarele Li – ion mai poartă numele de baterii ”balansoar”. În timp ce materialele catodice inserează reversibil litiul în orice soluție polară aprotică a unei sări de Li, cu o stabilitate suficient de bună a electrodului, procesul de inserție a Li în carbonul grafitic și stabilitatea electrozilor de grafit în soluția de electrolit depind în mare măsură de compoziția acesteia. Prin urmare, funcționarea acumulatoarelor Li – ion depinde, în special, de performanța, stabilitatea și reversibilitatea anodului.

Litiul reacționează spontan cu gazele din atmosferă, cu toți solvenții polari aprotici și cu majoritatea anionilor sărurilor utilizate în mod curent la prepararea electrolitului (), formând săruri de Li; în general, acestea sunt insolubile în soluția precursoare. Filmele astfel formate, dacă nu au grosime apreciabilă, sunt conductoare; acest

proces este determinat de dimensiunea redusă a ionilor de Li, care pot migra, cu ușurință, prin filmele subțiri de săruri de Li de pe suprafața electrodului.

În anumite soluții de electrolit se formează depuneri dendritice de Li, proces care face inadecvată utilizarea sistemului electrod – soluție de electrolit.

Figura 1.7. Prezentarea schematică a proceselor care au loc pe parcursul descărcării și încărcării acumulatoarelor Li – ion

Reacțiile care au loc la electrozi sunt foarte complexe, iar mecanismul nu este elucidat pe deplin.

Datorită densității mari de energie, acumulatoarele Li – ion înlocuiesc cu succes acumulatoarele Ni – Cd și Ni – MH din dispozitivele portabile. Tensiunea nominală a unui astfel de element este 3,6V. Electrolitul este format din solvenți organici agresivi (carbonat de propilenă sau de etilenă); astfel că, dacă acesta curge în afara bateriei există pericolul coroziunii. Pentru a îndepărta acest pericol, acumulatorii cu litiu sunt înveliți în metal. În plus, un microcontroler cu senzor este integrat în carcasa acumulatorului pentru a preveni o eventuală supraîncălzire sau chiar explozia acestuia. Acumulatorii cu ion de litiu stochează de trei ori mai multă energie decât cei Ni – Cd, la aceeași dimensiune. Densitatea masică de energie a acestora este de 100 – 130 Wh/kg, iar numărul mediu de cicluri de încărcare – descărcare, 300 – 500.

Cercetările din domeniul acumulatoarelor Li – ion conduc la introducerea de noi combinații chimice, îmbunătățite la fiecare 6 luni.

Acumulatoarele Li – ion polimer sunt foarte asemănătoare cu cele Li – ion, diferența dintre acestea fiind reprezentată de starea de agregare a electrolitului; electrolitul acumulatoarelor Li – ion polimer este solid, ceea ce conduce la o mare flexibilitate a

designului acumulatoarelor. Electrolitul polimeric poate fi definit, în general, ca fiind o membrană care posedă proprietăți de transport comparabile cu cele ale soluțiilor ionice lichide.

Dintre avantajele electroliților polimerici pot fi menționate următoarele:

eliminarea condițiilor de scurt – circuitare internă (prin dezvoltarea dendritelor între cei doi electrozi);

eliminarea riscului de scurgere a electrolitului în exteriorul acumulatorului;

lipsa produșilor de reacție potențial explozivi (care apar la suprafața electrodului în

electroliți lichizi).

Electrolitul polimeric trebuie să posede următoarele proprietăți:

conductivitate ionică ridicată la temperatura ambiantă și la temperaturi inferioare

acesteia;

rezistență mecanică adecvată;

număr de transport apreciabil;

stabilitate termică și electrochimică;

compatibilitate cu electrozii.

În dezvoltarea electroliților polimerici se pot identifica trei stadii:

polimer solid uscat;

sisteme electrolitice gel/polimer plastifiat;

compozite polimerice.

Electroliții convenționali ai acumulatorilr Li – ion polimer sunt reprezentați de

polimeri cu masă moleculară mare, precum polietilen oxid (PEO) și o sare de litiu (de exemplu, LiClO4). Însă, conductivitatea acestor electroliți este limitată la regiunile amorfe; cristalizarea PEO reprezintă principala cauză a conductivității ionice relativ scăzute a acestui electrolit. Cercetările din domeniul acumulatoarelor Li – ion polimer vizează diminuarea fenomenului de cristalizare a PEO prin reacții de reticulare, copolimerizare, atașarea unor oligomeri PEO cu lanț scurt, cu structuri în formă de fagure. Numărul mediu de cicluri încărcare – descărcare este de 500 – 1000. Tensiunea unui astfel de element variază de la 2,7V (în stare descărcată) la aproximativ 4,23V (în stare încărcată). Tensiunea nominală este de 3,6V, iar densitatea masică de energie a acestora este de 110 – 160 Wh/kg.

I.8. Pile de combustie

Pilele de combustie convertesc energia chimică a combustibililor direct în energie electrică, căldură și apă. În pilele de combustie, reactanții sunt alimentați continuu la electrozi. Descoperirea pilelor de combustie este atribuită lui Sir William Robert Grove. Deși Grove își publică cercetările încă din 1839, desoperirea pilei de combustie nu a impresionat prea mult, lumea științifică nefiind pregătită pentru o descoperire revoluționară de acest fel.

Principiul de funcționare al pilei electrice cu combustie cu H2 se bazează pe un fenomen invers celui de electroliză. Se introduc două gaze în spații diferite, separate printr-un electrolit. Interacțiunea dintre electrolit și hidrogen are drept rezultat ionizarea și migrarea acestuia. Are loc un proces de reducere catodică a protonului prin intermediul electronilor ajunși la catod prin circuitul extern, după care ionul pozitiv de hidrogen rămas migrează prin electrolit și se combină cu oxigenul de la catod, formând apa. Deoarece această apă are un deficit de un electron, acesta este preluat de la catod. Ca urmare, între catod și anod se stabilește o diferență de potențial, se generează un curent electric, ca urmare a introducerii unui element rezistiv în circuitul exterior.

Figura 1.8. Principiul de funcționare al pilei de combustie

În cazul pilelor de combustie cu electrolit lichid, gazele reactante difuzează printr-un film subțire de electrolit care udă porțiuni ale electrodului poros și reacționează electrochimic pe suprafața electrodului. Dacă electrodul poros conține un exces de electrolit, electrodul se poate ”îneca” și poate restricționa transportul speciilor gazoase prin faza de electrolit la

centrii de reacție. În consecință, se diminuează performanța electrochimică a electrodului poros. Astfel, se impune menținerea unui echilibru între fazele cu conducție electronică și ionică și a fazei gazoase din electrodul poros.

În pilele de combustie cu electrolit solid, proiectarea unui număr mare de centri catalitici la nivelul interfeței electrod/electrolit și care sunt expuși eficient la gazele reactante constituie o provocare. În majoritatea pilelor de combustie cu electrolit solid de succes, o interfață cu performanțe ridicate necesită utilizarea unui electrod care, în zona din apropierea catalizatorului, posedă o conductivitate mixtă (conducția electrică se realizează atât prin intermediul ionilor, cât și prin intermediul electronilor).

În ultimii 20 de ani, performanțele celulelor elementare ale pilelor de combustie au fost net îmbunătățite. Aceste dezvoltări sunt rezultatul îmbunătățirilor aduse graniței dintre cele trei faze (faza cu conducție electronică, faza cu conducție ionică și faza gazoasă), diminuării grosimii electrolitului și dezvoltării unor noi materiale de electrod și electrolit care să lărgească domeniul de temperatură în care funcționează pilele. Există o mare varietate de pile de combustie aflate în diverse stadii de dezvoltare.

Clasificările în acest domeniu iau în considerare nu numai tipul combustibilului, dar și pe cel al electrolitului sau a temperaturii de lucru. Din punct de vedere practic, cele mai importante pile de combustie sunt următoarele:

Pile de combustie alcaline, ce funcționează cu electrolit pe bază de soluție KOH 30%

la temperatura de 700C sau mai înaltă și au o tensiune de 0,8V pe celulă. Pila de combustie cu electrolit alcalin are avantajul operării la temperaturi relativ joase, iar soluția de electrolit este compatibilă cu electrozii din nichel și cu o mare varietate de catalizatori. Un dezavataj este carbonatarea în timp a soluției de hidroxid, deoarece îndepărtarea urmelor de CO2 din aerul cu care se alimentează catodul nu este niciodată totală;

Pile de combustie cu acid fosforic, cu tensiunea pe celulă de 0,7V; din necesitatea

reducerii costului electrocatalizatorului, acestea au fost concepute să lucreze la temperaturi mai ridicate, de 190 – 2050C (temperatură posibil de realizat în soluții foarte concentrate, 90 – 98% H3PO4). Pila de combustie cu acid fosforic folosește un electrocatalizator poros din Pt sau aliaje de Pt (PtCoCr), depuse pe suport de grafit. Astfel de pile de combustie au atins timpi de funcționare de 20.000 de ore;

Pile de combustie de temperaturi înalte cu electrolit solid de dioxid de zirconiu dopat

cu oxid de ytriu, care operează la temperaturi de circa 10000C. Variante la temperaturi mai scăzute (6000C) sunt pilele cu carbonați topiți, care funcționează pe baza descompunerii carbonatului în prezența hidrogenului;

Pile de combustie cu electrolit polimer solid denumite, mai recent, pile protonice cu

membrană, PEMFC (”proton exchange membrane fuel cell”). În aceste pile de combustie, inovația constă în eliminarea soluțiilor de electroliți, acestea fiind înlocuite cu polimeri conductivi. Membrana pilei este doar umectată, temperatura de lucru a pilei fiind de 800C. Membrana cel mai des folosită este de tip ”Nafion”, un perfluoropolimer cu grupe sulfonice. Membrana este, de fapt, un conductor protonic, în care protonul rezultat din oxidarea electrochimică a H2 este o specie cu mobilitate mare. Pila de combustie cu polimer solid are multe caracteristici comune cu cea de 10000C, al cărei electrolit solid, compus din oxizi, este, de această dată, conductor prin anioni (O2−).

Pilele de combustie biochimice sunt pilele de combustie care folosesc suspensii de

microorganisme, capabile de a prelucra cantități de material biologic de până la 1000 de ori greutatea lor, înainte de expirarea ciclului lor de viață. Avantajul acestor pile constă în capacitatea de autoregenerare a materialului biologic activ care face transformarea combustibilului (tot de natură biologică). O pilă de combustie biochimică, utilizată, cu precădere, în mediul marin pentru semnalizări marine nesupravegheate, conține, pe post de electrolit, apă de mare, pe post de combustibil, materiale organice și drept componentă biochimic activă, o ”supă organică” de bacterii și fermenți auxiliari.

În principiu, electrolitul dictează temperatura de funcționare a pilei de combustie. La rândul său, temperatura de funcționare și durata de viață utilă a pilei de combustie dictează proprietățile fizico – chimice și termo – mecanice ale materialelor utilizate pentru diversele componente. Utilizarea electroliților apoși este limitată la temperaturi de operare de până la 2000C datorită presiunii de vapori mari și degradării rapide la temperaturi ridicate. Temperatura de funcționare are, de asemenea, un rol important în asigurarea unui anumit grad de procesare a combustibilului. În pilele de combustie de joasă temperatură, toți combustibilii trebuie transformați în hidrogen înaintea introducerii în pilă. În plus, CO constituie o otravă pentru catalizatorul anodic folosit în pilele de combustie de joasă temperatură (adesea platina). În pilele care operează la temperaturi mari, CO și chiar CH4 pot fi transformați intern la hidrogen sau pot fi chiar oxidați direct electrochimic.

Posibilitățile de utilizare sunt, practic, nelimitate: la sol, în aer (și spațiul cosmic), pe (și sub) apă, în cele mai diverse domenii, pentru producerea energiei electrice și a căldurii. Ele echipează, actualmente, autobuze, mașini comerciale, mașini utilitare, trenuri, bănci, avioane, scutere, chiar și biciclete; există semnalizări de autostrăzi echipate cu pile de combustie (Vezi Anexa 1). Se găsesc mini pile pentru telefon, laptop și aparatură electronică. Se utilizează astfel de pile pentru alimentarea cu energie în spitale, bănci, stații de poliție. Stațiile de tratare a apelor uzate și reziduurilor menajere utilizează pile pentru valorificarea gazelor combustibile degajate. Pila de combustie a fost aleasă ca sursă de energie pentru programul spațial, fiind mai puțin costisitoare decât cea nucleară sau solară; în pus, ea poate furniza și apă.

Interesul pentru vehicule electrice este însă, legat de capacitatea de a înmagazina și transporta eficient combustibilul (hidrogenul prezintă probleme mari la siguranța în exploatare), pentru a da vehiculului o autonomie de câteva sute de km, cu avantajele funcționării în siguranță. Stocarea sub formă de hidruri metalice, capabile să elibereze în mod controlat hidrogenul, pare să fie cea mai atractivă opțiune.

Figura 1. 9. Vehicul experimental propulsat cu pila de combustie de tip PEM

și cu sistem de celule fotovoltaice pentru producerea oxigenului și hidrogenului

I.9. Coroziunea

Coroziunea reprezintă atacul mediului asupra unui material, atac care duce de la o înrăutățire a proprietăților unui material până la distrugerea materialului.

În general, coroziunea este definită ca fenomenul de distrugere sau deteriorare a unui metal sau aliaj printr-o reacție chimică, electrochimică sau biochimică cu mediul.

În sens mai larg, termenul de coroziune cuprinde toate interacțiunile unui material (solid, lichid sau aliaj) cu mediul, incluzând atât transformările deliberate și profitabile, cât și deteriorarea spontană și nedorită. Coroziunea nu se limitează doar la distrugerea materialelor metalice, ea afectând, în aceeași măsură, materialele plastice, ceramice, betoanele și chiar mediul cu care acestea interacționează. Toate mediile pot fi corozive față de un material considerat. De exemplu: sticla se opacizează sub acțiunea bacteriană; PVC – ul se degradează sub influența razelor UV; polimerii se gonflează în prezența unor solvenți; automobilele și feroneria arhitecturală ruginesc (Figura 1. 10); contactele electrice din cupru se oxidează; superaliajele din turbinele cu gaz cald se corodează; alamele se fisurează în prezența amoniacului; oțelurile se fragilizează în prezența hidrogenului etc.

O definiție completă ar putea fi: coroziunea reprezintă totalitatea proceselor în urma cărora un metal sau aliaj este transformat de la starea metalică la starea combinată, prin interacțiune cu mediul.

Figura 1.10. Produși de coroziune pe suprafața unui automobil

Pierderile datorate procesului de coroziune (Vezi Anexele 2 – 4) pot fi:

materiale și de energie;

impact asupra mediului;

pierderi economice:

pierderi directe:

înlocuirea structurii corodate;

materiale mai scumpe, dar mai rezistente la coroziune;

costuri de tratare a structurii sau a mediului.

pierderi indirecte:

opriri neprevăzute;

pierderi de produse;

scăderea randamentelor;

contaminarea produselor.

I.9.1. Criterii de clasificare a proceselor de coroziune

Atât în natură, cât și în practică, fenomenele de coroziune sunt în mod frecvent extrem de complexe și apar sub diferite forme, motiv pentru care o clasificare riguroasă a tuturor acestor fenomene este greu de efectuat.

după mecanismul de desfășurare:

coroziunea chimică se referă la procesele de distrugere a metalelor și aliajelor în

gaze uscate, precum și în lichide fără conductibilitate electrică și în majoritatea substanțelor organice;

coroziunea electrochimică se referă la procesele de degradare a metalelor și aliajelor

în soluții de electroliți, sau în prezența umidității, fiind însoțite de trecerea curentului electric prin metal;

coroziunea biochimică este generată de activitatea diferitelor microorganisme sau de

produsele pe care le eliberează acestea în mediu.

în funcție de sediul reacțiilor parțiale:

coroziunea omogenă, în care anodul și catodul nu pot fi distinși pe cale

experimentală (exemplu: coroziunea uniformă a metalelor în soluții acide, alcaline și neutre, soluții neapoase sau săruri topite etc.);

coroziunea eterogenă, în care anumite zone ale metalului care pot fi distinse pe cale

experimentală, funcționează preponderent anodic sau catodic. Diferențierea zonelor anodice și catodice este determinată de neomogenitatea fazei metalice, precum și de neomogenitatea mediului de coroziune;

coroziunea prin film, caracterizează sistemele de coroziune în care suprafața

metalului se acoperă cu un film de produs de reacție aderent și ca urmare, interfața metal/produs de reacție funcționează în calitate de anod, iar interfața produs de reacție/mediu

de coroziune funcționează drept catod. Produsul de reacție are rol de electrolit solid, prin care se transferă particulele încărcate electric, ioni sau electroni (exemplu: sistemele metal/gaz, metal/vapori, metal/topitură) – așa numita coroziune uscată.

după aspectul distrugerii, coroziunea poate fi:

coroziune continuă sau generalizată, când întreaga suprafață metalică a fost

cuprinsă de acțiunea mediului agresiv. Coroziunea continuă poate fi uniformă sau neuniformă. Această formă de coroziune implică trecerea ionilor metalici în soluție, în cazul mediilor lichide, sau acoperirea cu produși de reacție la temperaturi ridicate, în cazul gazelor. Din punct de vedere tehnic, această formă de coroziune nu este considerată periculoasă, deoarece durata de viață a echipamentului poate fi estimată pe baza testelor de laborator;

coroziune localizată, când distrugerea se produce numai pe anumite porțiuni ale

suprafeței metalului sau aliajului. Acest tip de coroziune se desfășoară după mecanismul coroziunii eterogene, atacul este limitat la arii specifice sau părți ale unei structuri. Majoritatea formelor de coroziune localizată sunt dificil de prevăzut, iar odată inițiat atacul, propagarea se face cu viteză mare, conducând la scoaterea prematură din uz a utilajului, motiv pentru care coroziunea localizată este considerată periculoasă.

în funcție de natura materialului metalic și de condițiile de exploatare, există mai

multe forme de atac localizat:

coroziunea punctiformă ”pitting” se manifestă când atacul se concentrează pe

suprafețe mici de 0,1 – 2 mm, distrugându-se intens metalul în adâncime și, în cazuri limită, cauzând perforația peretelui metalic;

coroziunea selectivă este o formă de coroziune a aliajelor caracterizată de trecerea în

soluție a componentului mai activ, fără apariția unei forme vizibile de atac și fără modificarea dimensiunilor metalului (exemplu: dezincarea alamelor – zincul este eliminat selectiv din aliaj, coroziunea grafitică a fontei – fierul este dizolvat selectiv);

coroziunea intergranulară (coroziune intercristalină) apare când atacul este

localizat la limita dintre cristale, având drept rezultat pierderea rezistenței mecanice și a ductilității, iar în cazuri limită, determinând dezagregarea aliajului. Tratamentele termice necorespunzătoare duc la coroziunea intergranulară a oțelurilor inoxidabile austenitice și a aliajelor de tip duraluminiu;

coroziunea transcristalină reprezintă un caz tipic de coroziune locală la care

distrugerea corozivă este determinată de direcția tensiunilor mecanice de întindere;

coroziunea fisurantă se propagă intergranular sau transgranular în interiorul

metalului, în direcția tensiunii mecanice maxime, datorită acțiunii simultane a mediului de coroziune și a unor solicitări mecanice (exemple caracteristice de fisurări corozive: oțelurile carbon în medii alcaline – fragilitate alcalină, aliajele de cupru – fisurarea sezonieră a alamei, materialele metalice solicitate alternativ în medii agresive – oboseala corozivă);

cavitația corozivă este tipul de coroziune care apare pe suprafețele metalice în

contact cu medii agresive lichide, în curgere turbulentă. Distrugerea metalului este provocată atât de desprinderea metalului prin lovire de către jeturile de lichid cu viteză mare (eroziune), cât și de acțiunea corozivă a mediului.

I.9.2. Reacții electrochimice în procesul de coroziune

Sistemele de coroziune sunt similare sistemelor electrochimice (Figura 1. 11.), ele funcționând ca sistemele electrochimice conduse. Reacțiile ”parțiale” se desfășoară spontan și simultan, într-un sistem de coroziune, analog funcționării unei pile electrochimice.

Figura 1. 11. Compararea sistemelor electrochimice și a sistemelor de coroziune

Din punct de vedere al reacțiilor parțiale, procesele de coroziune sunt reprezentate de câteva reacții electrochimice generale.

Reacția anodică, în orice proces de coroziune, este oxidarea unui metal la ionul său. Numărul electronilor eliberați în reacție este egal cu valența ionului metalic.

Reacția catodică, în orice proces de coroziune, este reducerea unei specii oxidate, prezentă în mediul de coroziune. Există multe reacții catodice care pot fi luate în considerare în coroziunea metalelor:

reducerea oxigenului dizolvat, în mediu acid: O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O

reducerea oxigenului dizolvat, în mediu neutru și alcalin: O2 + 2H2O + 4e− → 4HO−

degajarea hidrogenului în medii neutre sau alcaline: 2H2O + 2e− → 2HO− + H2 ↑

degajarea hidrogenului în mediu acid: 2H3O+ + 2e− → 2H2O +H2 ↑

depunerea de metal: Mn+ + ne− M

Toate aceste reacții de coroziune sunt simple combinații ale unei reacții anodice cu

una sau mai multe reacții catodice. Majoritatea proceselor de coroziune pot fi interpretate cu ajutorul reacțiilor electrochimice prezentate mai sus. În timpul coroziunii se pot produce mai multe reacții anodice sau catodice. Când un aliaj se corodează, metalele componente trec în soluție sub forma ionilor respectivi. Și mai importantă este producerea mai multor reacții catodice pe suprafața metalului, care măresc viteza de coroziune a acestuia.

Exemple de coroziune pot avea loc în apa curentă, apa de mare, soluții de săruri sau soluții alcaline. Aproape în toate aceste sisteme, coroziunea se produce numai dacă este prezent oxigenul dizolvat. Soluțiile apoase dizolvă rapid oxigenul din aer și acesta reprezintă sursa de oxigen necesară desfășurării procesului de coroziune. Cea mai obișnuită coroziune de acest tip este ruginirea fierului expus în atmosferă umedă sau apă (Figura 1. 12.)

Figura 1. 12. Coroziunea fierului în atmosferă umedă

4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe (OH)3↓

Conform ecuației de mai sus, fierul se combină cu apa și cu oxigenul, formând hidroxid feric, un produs roșu – brun, insolubil. În condiții atmosferice, datorită posibilității de uscare, hidroxidul feric se deshidratează și se formează rugina – oxidul roșu – brun de fier, conform ecuației:

2Fe (OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

I.9.3. Prevenirea și controlul coroziunii

Protecția împotriva coroziunii reprezintă totalitatea măsurilor care se iau pentru a feri materialele tehnice de acțiunea agresivă a mediilor corozive.

Metodele și mijloacele de protecție anticorozivă sunt foarte variate și numeroase, putând fi grupate în următoarele categorii:

Metodele de prevenire a coroziunii constau în:

alegerea corectă a materialelor utilizate în construcția de aparate și utilaje

industriale, din punct de vedere al rezistenței la coroziune;

prelucrarea mai îngrijită a suprafeței metalului, deoarece adânciturile, zgârieturile

favorizează și accelerează coroziunea;

evitarea punerii în contact a unui metal cu un alt metal mai electronegativ decât el

(de exemplu: aluminiu alături de aliajele cuprului sau oțelurilor aliate, bronz în contact cu oțelul etc.);

evitarea punerii în contact a metalelor ecruisate cu metalele recoapte sau turnate

deoarece, din cauza diferenței de potențial electrochimic dintre ele, în prezența unui electrolit corespunzător, primele se corodează.

Utilizarea metalelor și aliajelor rezistente la coroziune

Din grupa metalelor și aliajelor rezistente la coroziune fac parte metalele nobile și aliajele lor, dar utilizarea lor devine dificilă din cauza costului ridicat.

Se pot utiliza, în schimb, metalele și aliajele autoprotectoare – metalele și aliajele care, în urma coroziunii inițiale, se acoperă cu o peliculă izolatoare datorită fenomenului de pasivare (de exemplu: pasivarea argintului sau a fierului în soluții acide).

În majoritatea cazurilor se recurge la alierea metalelor cu un component adecvat. Uneori concentrații relativ scăzute ale componentului de aliere reduc considerabil viteza de coroziune (de exemplu: introducerea în proporție de 0,2 – 0,3% de Cu, Cr sau Ni în oțeluri etc.).

Deși expusă într-un electrolit în condiții în care coroziunea este posibilă termodinamic, o suprafață metalică devine pasivă când rămâne vizibil neschimbată pentru o perioadă de timp nedefinită; pasivarea constă în inhibarea cinetică a procesului de coroziune.

În stare de pasivitate meralele sunt, practic, imune la coroziune și, din punct de vedere electrochimic, se comportă ca metalele nobile inatacabile. Un metal expus într-o soluție corozivă suferă pe suprafața lui două procese: oxidarea metalului și reducerea agentului oxidant din soluție.

Metode de tratare a mediului coroziv:

modificarea pH – ului mediului de coroziune (de exemplu: neutralizarea apelor

reziduale cu substanțe chimice);

îndepărtarea gazelor (O2; CO2) care măresc viteza de coroziune a mediilor

corozive, mai ales a apei;

utilizarea inhibitorilor sau a pasivatorilor – substanțe organice sau anorganice

care, introduse în cantități minime în mediul coroziv, micșoreză sau anulează complet viteza de coroziune a acestuia;

protecția catodică – constă în aplicarea unor metode galvanice de protecție a

metalelor, folosind anozi metalici auxiliari (de sacrificiu), care se corodează în locul metalului protejat;

protecția anodică

Protecția anodică a metalelor împotriva coroziunii este o metodă care se bazează pe trecerea metalului din stare activă în stare pasivă, pe seama deplasării potențialului prin polarizare anodică cu ajutorul unei surse de curent continuu (Figura 1. 13.).

Figura 1.13. Schema montajului folosit în

cazul protecției anodice cu sursă exterioară

Aplicarea curentului anodic accelerează instalarea pasivității, permite menținerea ei vreme îndelungată iar, în unele cazuri, permite folosirea de oțeluri mai slab aliate și renunțarea la alte tipuri de protecții. Alegerea corectă a intervalului potențialelor de protecție permite să se protejeze metalul în multe cazuri, nu numai față de coroziunea generală, dar și față de diferitele forme de atac localizat.

Aplicarea protecției anodice în industria chimică a căpătat o răspândire semnificativă în rândul materialelor de construcție pentru utilaje chimice, a diferitelor oțeluri inoxidabile și a titanului, care se pasivează ușor în multe medii.

Protecția catodică

Una dintre metodele cele mai eficiente de prevenire a coroziunii este protecția

catodică. Această metodă poate fi folosită pentru toate formele de coroziune și poate, în anumite situații, să oprească complet coroziunea. Oxidarea sau coroziunea unui metal M are loc prin reacția generală: M → Mz+ + ze−. Protecția catodică implică furnizarea de electroni metalului care trebuie protejat, de la o sursă exterioară, făcându–l pe acesta catod, reacția de mai sus fiind forțată să aibă loc în sens invers (în sensul reducerii).

Una dintre metodele de protecție catodică implică un cuplu galvanic – metalul care trebuie protejat este conectat electric cu alt metal care este mai reactiv în mediul respectiv. Ultimul este oxidat și, prin cedarea electronilor, protejează primul metal împotriva coroziunii. Metalul oxidat este denumit anod de sacrificiu; metalele care se folosesc, de obicei, sunt magneziu și zinc, deoarece sunt la sfârșitul seriei galvanice.

Protecția catodică este unul dintre mijloacele importante de reducere a vitezei de coroziune, în special în cazul structurilor metalice de dimensiuni mari, în contact cu medii naturale (conducte metalice subterane, instalații portuare, platforme de foraj, nave, rezervoare de depozitare și alte echipamente). Metoda poate fi aplicată, teoretic, pentru orice metal, în orice mediu conductibil și este eficientă pentru combaterea coroziunii generale și a celei localizate.

Inhibitori de coroziune

Sunt substanțe care, atunci când sunt adăugate unui mediu, scad viteza atacului

coroziv. Inhibitorii sunt, de obicei, adăugați în cantități mici acizilor, apei de răcire, aburilor, fie continuu, fie intermitent. Aceștia, în general, controlează coroziunea prin formarea filmelor subțiri, care modifică mediul la suprafața metalului. Inhibitorii sunt folosiți, în mod normal, în sisteme închise, cum sunt radiatoarele de automobile și boilerele cu aburi.

Metode de acoperire a suprafețelor metalice cu straturi anticorozive

Protecția prin straturi anticorozive se realizează prin acoperirea metalului cu un strat subțire de material autoprotector. Stratul autoprotector trebuie să îndeplinească următoarele condiții: să fie compact și aderent, să fie suficient de elastic și plastic iar, grosimea lui să fie cât mai uniformă.

Straturile protectoare sunt cele mai vechi și mai aplicate metode de protecție. După natura lor, ele pot fi: metalice, anorganice și organice.

Straturile metalice pot fi obținute prin diferite procedee: galvanizare, metalizare,

difuzie, cufundare în metal topit, placare etc.

Gavanizarea constă în depunerea unui strat prin electroliză. În general, pentru acoperirea fierului se folosește zincul, cromul și plumbul.

Metalizarea constă în aplicarea unui metal protector, în stare topită și pulverizată pe suprafața care trebuie protejată. Ea se face cu flacără oxiacetilenică, în care se topește o sârmă din metalul care trebuie depus, pulverizarea fiind făcută cu aer comprimat.

Difuzia constă în tratarea suprafeței unui metal cu un metal de protecție; la temperatura înaltă la care are loc operația, la suprafața metalului se formază un strat protector alcătuit dintr-o soluție solidă a celor două metale.

Cufundarea în metal topit se face, de obicei, pentru acoperirea fierului cu un metal care are punctul de topire mai mic (plumbul, staniul sau zincul).

Placarea constă în presarea sau laminarea la cald a două metale diferite. Metalul care trebuie placat se toarnă într-o formă căptușită cu metalul protector, după care se laminează. Aderența stratului protector la metalul de bază se face datorită forțelor mecanice și datorită difuziunii.

Straturile anorganice sunt, și ele, de diferite tipuri. Astfel, suprața obiectului metalic

se poate supune unor tratamente chimice pentru obținerea unei pelicule care prezintă o bună rezistență la coroziune.

Oxidarea constă în formarea pe suprafața metalică a unei pelicule din oxidul metalului, sub acțiunea aerului. Adeseori, stratul natural de oxid crește când metalul este supus unor tratamente speciale cu oxidanți puternici sau pe cale electrochimică.

Fosfatarea constă în formarea pe suprafețele obiectelor metalice a unei pelicule protectoare formată din fosfatul metalului respectiv. Aceasta se realizează prin introducerea metalului în soluții acide de fosfați de fier, de zinc sau de mangan.

Straturile organice formează un izolant între metal și mediul coroziv, realizate prin

utilizarea lacurilor, vopselelor, emailurilor, foliilor de masă plastică etc. Ele trebuie să fie adezive, continue și impermeabile.

Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de protecție se face în funcție de:

parametri tehnologici de funcționare a instalației;

forma și dimensiunile obiectului protejat;

calitatea materialului suport;

amplasarea obiectului de protejat în instalație;

tehnologiile de aplicare și posibilitățile de execuție a protecției anticorozive.

Cele mai uzuale metode de acoperire a suprafețelor metalice sunt:

Electrometalizarea (placarea metalelor) este un proces electrochimic de depozitare

a unui strat subțire de metal pe un alt element, de obicei, de origine metalică. Obiectele sunt electrometalizate pentru a preveni coroziunea, pentru a obține o suprafață dură sau o finisare atractivă sau pentru purificarea metalelor. Cadmiul, cromul, cuprul, aurul, nichelul, argintul și cositorul sunt metalele folosite cel mai des în electrometalizare. Cele mai întâlnite produse realizate prin această metodă sunt tacâmurile argintate, accesoriile de mașină cromate, oalele placate cu cositor.

Emailarea este folosită în industrie, în mod obișnuit, pentru protecția suprafețelor

împotriva coroziunii sau frecării. Este considerată a fi mai practică decât metoda electrometalizării, mai ieftină și mult mai atractivă pentru consumator.

Galvanizarea este procesul de acoperire a unui metal, cum ar fi fierul sau oțelul, cu

un strat subțire de zinc pentru a-l proteja de acțiunea coroziunii. Zincul este întrebuințat cu mai multă ușurință decât alte metale de protecție, cum ar fi: cositorul, cromul, nichelul sau aluminiul. Stratul de zinc protejează metalul, chiar și în locurile unde s-au format fisuri sau mici orificii pe înveliș, pentru că oxigenul reacționează mai mult cu zincul decât cu metalul care trebuie protejat. Procesul de galvanizare, deși este mai scump decât protecția obișnuită prin vopsire, este o metodă folosită și își găsește utilizare mai mult în industria autovehiculelor.

Galvanoplastia constă în trecerea unui curent electric printr-o soluție chimică prin

intermediul a doi electrozi. Obiectul care trebuie acoperit este electrodul negativ, iar electrodul pozitiv este format de metalul de acoperire. Procesele electrochimice care au loc

când trece curentul determină depunerea metalului de placare pe suprafața obiectului. Unele piese din oțel folosite la automobile sunt acoperite, pe cale electrică, cu nichel și apoi, cu crom. Această combinație previne ruginirea oțelului și conferă o suprafață rezistentă și atrăgătoare. Multe piese din oțel utilizate pentru lucrări de structură, precum piulițele și șuruburile, sârmele, plăcile metalice și barele, sunt învelite în zinc.

Dintre materialele performante utilizate în ultimii ani, care oferă și soluții ecologice pentru protecții anticorozive, se pot enumera:

materiale epoxidice cu conținut de zinc (efect de protecție catodică);

materiale epoxidice cu conținut de gudron și silicați (efect protector anticoroziv);

materiale poliuretanice (rezistente la UV);

materiale acrilice (diluabile în apă – ecologice);

compozite cu materiale plastice pe suport de oțel zincat.

Prin aplicarea metodelor moderne de protecție împotriva coroziunii se economisesc, anual, mii de tone de materiale metalice care, altfel ar fi distruse. De aceea, dezvoltarea tehnicii moderne pune în fața tehnicienilor și a oamenilor de știință nu numai sarcina de îmbunătățire a calităților materialelor existente, ci și aceea de descoperire a celor mai eficace mijloace de protecție a acestora.

CAPITOLUL II

Demersuri de proiectare a educației diferențiate

II.1. Caracteristicile instruirii diferențiate

Diversitatea umană a pus în fața pedagogiei și psihologiei educației problema complexă a diferențierii și individualizării instruirii, ca premisă indispensabilă pentru asigurarea reușitei fiecărui elev și realizarea unor performanțe cât mai apropiate de potențialul său intelectual maxim.

Pedagogia diferențiată poate fi definită ca o ”pedagogie individualizată care recunoaște elevul ca o persoană având reprezentările sale proprii asupra situației de formare; o pedagogie variată care propune un evantai de demersuri, opunându-se astfel ”mitului identitar” al uniformității, al falsei democrații conform căreia toți trebuie să muncească în același ritm, în aceeași durată și urmând aceleași itinerarii. O asemenea pedagogie se constituie ca fundament teoretic și practic al luptei cu eșecul școlar, cu orice formă de excludere.”

Instruirea diferențiată ține de un anumit mod de gândire al educatorului și de atitudinea acestuia în realizarea activităților cu elevii. Relația dintre profesor și elev este marcată de capacitatea celui dintâi de a folosi acele strategii didactice prin care se pot trezi curiozitatea, interesul copiilor pentru cunoaștere prin recunoașterea valorii fiecărui individ. Rezultate reale pot să apară doar dacă angajarea fiecărui elev în procesul de învățare are semnificație personală.

Educația diferențiată și personalizată presupune o abordare completă, din perspectiva curriculum – ului în sens larg, cu toate componentele și interacțiunile dintre acestea. Rezultă o nouă paradigmă, ca răspuns la interesele și ritmul de învățare al elevilor, în funcție de care cadrele didactice pot diferenția conținutul, procesul și produsul printr-o gamă de strategii manageriale și educaționale (Vezi Anexa 5).

Instruirea diferențiată constă în desfășurarea procesului de predare – învățare pe baza unor strategii didactice adaptate la posibilitățile diferite ale elevilor, la capacitățile lor de înțelegere și de lucru proprii unor grupuri de elevi sau chiar fiecărui elev în parte.

Problema instruirii diferențiate nu este nouă, ci numai modul de abordare. În acest sens, aria preocupărilor s-a extins:

în direcția conceperii unei activități instructiv – educative mai variate, nuanțate în raport cu

diferențele între elevi;

în sensul promovării unei acțiuni complexe de asistență a copilului (medicală, socială,

psihopedagogică).

II.1.1. Principii cheie ale clasei diferențiate:

În literatura de specialitate au fost formulate următoarele principii cheie pentru transformarea clasei tradiționale într-o clasă diferențiată:

Profesorul știe clar ce este maxim relevant și important din materia pe care o predă.

Profesorul înțelege, apreciază diferențele dintre elevi.

Evaluarea și învățarea sunt inseparabile.

Profesorul adaptează conținutul, procesul și produsul în funcție de disponibilitatea, interesele și profilul de învățare.

Toți elevii participă la învățare.

Elevii și profesorii sunt colaboratori în învățare.

Scopurile clasei diferențiate sunt dezvoltarea maximă și succesul individual.

Flexibilitatea este caracteristica marcantă a clasei diferențiate.

Pe baza unei solide cunoașteri a caracteristicilor individuale ale elevilor, a strategiilor pedagogice de intervenție diferențiată, a programelor de învățare (plan de învățământ, programă școlară), a caracteristicilor mediului de învățare, profesorii armonizează aceste diferențe și la nivelul unei situații pedagogice, în scopul favorizării învățării.

Analiza comparativă a caracteristicilor clasei tradiționale și ale celei diferențiate

II.1.2. Rolul profesorului în transformarea clasei tradiționale într-o clasă diferențiată

Pentru a promova un act educațional care să respecte individualitatea fiecărui elev,

intervențiile cadrul didactic (Vezi Anexa 6 ) se bazează pe următoarele:

Respectă curriculum-ul, dar gândește independent la ceea ce este specific claselor la care predă și ajustează demersul didactic în consecință.

Face transferul de la complexitatea informației la simplitatea abordării ei.

Selectează materialul de lucru în funcție de elevi.

Este atent la nevoile comune precum și la nevoile individuale ale elevilor.

Știe să lucreze creativ cu conținutul, procesul și produsul învățării.

Creează un climat de respect reciproc.

Își asumă roluri noi – consultant, facilitator, moderator, participant activ în procesul de învățare.

Promovează învățarea prin cooperare.

Echilibrează norma individuală cu cea de grup.

Se preocupă de realizarea unui management al clasei care respectă principiile diferențierii.

Evaluează continuu.

Știe că, fără stimă de sine, randamentul elevilor este scăzut, că sentimentul că au realizat ceva bun, duce la mai mult decât stima de sine, la eficiență.

Face legătura dintre viața de zi cu zi a elevilor și fapte, evenimente, experiențe celebre ale omenirii.

Știe să își motiveze elevii.

Așteptările profesorului sunt înalte, iar strategia lui de consiliere, ghidare și facilitare a învățării, pe măsură.

Profesorul nu transferă cunoștințele și competențele sale, ci creează contexte prin care îi ajută pe elevi să găsească propria înțelegere a lumii.

Utilizează acele strategii de instruire care îi implică pe elevi în mod activ.

Contribuie la formarea independenței elevilor.

Folosește energie pozitivă și o atitudine deschisă față de elevi.

Disciplina este în spatele tuturor activităților prin care elevii sunt învățați cum să învețe și cum să se comporte.

Profesorul însuși este într-o continuă dezvoltare personală.

Analiza comparativă a caracteristicilor strategiilor de instruire tradiționale, centrate pe procesul de predare și a celor centrate pe procesul de învățare al elevilor în conformitate cu principiile diferențierii

II.1.3. Condiții de implementare a instruirii diferențiate

Pentru îmbunătățirea performanțelor școlare, educația diferențiată în funcție de nevoile specifice, impune o strategie didactică bazată pe următoarele:

Stabilirea unui obiectiv (sau două), care vor fi urmărite anual;

Consemnări referitoare la elevi;

Realizarea unei lecții diferențiate la fiecare capitol;

Diferențierea unui produs în fiecare semestru;

Selectarea unor resurse multiple pentru câteva părți esențiale ale curriculum-ului;

Stabilirea unor criterii de performanță comune pentru produse și personalizarea cerințelor;

Posibilitatea oferită elevilor de a-și alege modul de lucru, exprimarea, tema pentru acasă;

Imaginarea modului în care vor arăta activitățile – modalitatea de început, desfășurare, finalizare, strategiile care nu vor merge și modalitatea de evitare a acestor situații;

Reflectarea asupra aspectelor referitoare la feedback, la modul introducerii și finalizării activității, asupra gradului de concentrare al elevilor și modului de interacțiune profesor – elevi;

Realizarea unor activități în care elevii să reflecteze asupra diferențelor de învățare;

Stabilirea, cu ajutorul elevilor, a liniilor directoare în vederea funcționării clasei;

Conceperea instrucțiunilor de lucru într-o manieră graduală, pornind de la o sarcină familiară, completată cu o sarcină diferențiată unui grup mic;

Proiectarea sau afișarea indicațiilor referitoare la sarcinile de lucru;

Folosirea dosarelor de lucru, stabilirea locurilor de colectare pentru produse.

II.2. Diferențierea actului didactic

II.2.1. Abordări pedagogice și psihologice în instruirea diferențiată

Pot fi delimitate două tipuri de abordări ale diferențierii dacă sunt analizate conceptele de diversificare, diferențiere, individualizare. Pe de o parte, este identificată abordarea pedagogică, care vizează toate elementele componente ale procesului de învățământ (obiective, conținuturi, metode și procedee, forme de organizare, evaluare) și, pe de altă parte, se poate evidenția abordarea psihologică, care se raportează la dezvoltarea psihologică a copilului (interese, ritm propriu, particularități individuale și de vârstă). Între cele două abordări există relații de interacțiune și interdependență.

Din punct de vedere pedagogic, diferențierea se realizează la trei niveluri: conținut, proces de instruire, produs (Vezi Anexa 7).

Instruirea diferențiată a elevilor până la individualizare este confirmată și susținută și din perspectivă psihologică. Există abordări care pun accent pe diferențele individuale dintre elevi, cum ar fi: stiluri de învățare, teoria inteligențelor multiple.

II.2.2 Proiectarea diferențiată a conținuturilor, strategiilor didactice și produsului

Diferențierea conținutului în procesul predării

Organizarea diferențiată sau personalizată a conținuturilor vizează ”adaptarea procesului instructiv – educativ la posibilitățile aptitudinale, la nivelul intereselor cognitive, la ritmul și stilul de învățare al elevului”.

Pentru predarea conținutului în mod diferențiat trebuie să se știe cât are de învățat fiecare elev din fiecare unitate de conținut. Este obligatorie testarea elevilor la începutul predării oricărei teme noi.

Altă strategie de diferențiere a conținuturilor este de a facilita învățarea unei teme în mod integrat, pluridisciplinar, astfel încât grupuri de elevi cu interese, abilități și cunoștințe diferite să aprofundeze tema respectivă din perspective diferite.

Un alt mod de a lucra diferențiat este alegerea unor puncte diferite de intrare pe text. Accesarea unei teme noi este mai ușoară în momentul în care fiecare elev poate interveni în mod activ cu ceea ce știe despre tema respectivă.

Pentru a trata diferențiat conținutul, elevilor li se poate permite să accelereze sau să încetinească ritmul progresului personal prin diferite procedee: studiu de caz, predare în sistem tutorial, instruire individualizată, învățare în echipă etc.

Posibilități de diferențiere a strategiilor didactice

În timpul procesului de desfășurare a activităților se poate aprofunda înțelegerea subiectului prin investigarea acestuia din perspective multiple. Diferențierea procesului înseamnă diversificarea metodelor și tehnicilor de instruire pentru a oferi elevilor un număr cât mai mare de oportunuități de explorare a conceptelor. Tipurile de interacțiuni se diversifică după nevoile, interesele sau profilurile de inteligență ale elevilor.

În proiectarea unei strategii educaționale (Vezi Anexa 8), pașii urmăriți vizează clarificarea următoarelor aspecte:

Obiectivele urmărite transmit un set de cunoștințe sau oferă posibilitatea experimentării de către elevi a unei situații inedite, care permit insight-uri personale;

Necesitatea informației transmise, utilitatea experienței propuse;

Abilitățile personale și educaționale disponibile – capacitatea de a transmite informația în mod coerent, de mediere a învățării;

Metodele, tehnicile și instrumentele adecvate situației de învățare;

Criteriile de performanță utilizate, cunoștințele/experiențele subiective supuse evaluării.

Strategiile didactice pot fi diferențiate și personalizate pentru că toate componentele lor structurale, dar, mai ales, combinațiile acestora pot avea valențe în dezvoltarea elementelor specifice ale personalității elevilor. Sunt utilizate strategiile de tip euristic, constituite în jurul metodelor problematizării, studiului de caz, proiectului, metodelor și tehnicilor specifice stimulării creativității, organizării pe grupe mici și omogene, pe grupuri de antrenament.

DIFERENȚIEREA

(predarea pentru maxim de învățare individual)

Posibilități de diferențiere a produsului

Produsul poate fi diferențiat prin:

activități în care elevii pot demonstra și dezvolta ceea ce știu, înțeleg și pot să facă;

proiecte care se realizează în mod diferit prin exprimarea abilităților cognitive multiple;

investigații realizate de grupuri cu interese specifice;

rezolvarea de probleme din perspective multiple.

II.3. Caracteristici ale educației diferențiate la elevii cu cerințe educative speciale și la elevii capabili de performanțe supramedii

II.3.1. Particularități ale elevilor cu cerințe educative speciale și cu abilități înalte

”Cerințele educative speciale sunt necesități educaționale complementare obiectivelor generale ale educației școlare, necesități care solicită o școlarizare adaptată particularităților individuale și/sau caracteristice unei deficiențe (ori tulburări de învățare), precum și o intervenție specifică, prin reabilitare/recuperare corespunzătoare.”

Principalele criterii de clasificare a categoriilor speciale sunt:

statusul socio – economic coborât;

alteritatea culturală;

infirmitatea fizico – motrică;

handicapul senzorial;

dificultăți în activitatea de învățare;

dificultăți emoționale și de afectivitate în general;

genul feminin;

subrealizarea școlară.

Registrul CES (în accepția UNESCO, 1995) cuprinde:

dificultăți/dizabilități de învățare;

întârziere/deficiență mintală/dificultăți severe de învățare;

tulburări de limbaj;

deficiențe fizice și motorii;

deficiențe vizuale;

deficiențe auditive;

tulburări emoționale – afective și de comportament (vezi Anexa 2).

Elevii capabili de performanță înaltă

Copiii capabili de performanță înaltă sunt cei identificați de persoane autorizate ca având

realizări și/sau aptitudini potențiale în oricare din următoarele domenii, izolate sau în combinație: capacitate intelectuală generală; aptitudini academice specifice; gândire productivă sau creativă; abilitate în leadership; talent pentru arte vizuale sau scenice; aptitidini psihomotrice. (Vezi Anexa 3)

Acești copii au nevoie de programe diferențiate și/sau servicii în plus față de cele oferite în școala obișnuită, în vederea realizării contribuției lor față de sine și față de societate.

Caracteristicile elevilor supradotați: sensibilitate crescută față de lumea înconjurătoare și preocupări deosebite referitoare la moralitate și justiție socială; spirit investigativ; capacitate creativă înaltă; capacitate crescută de învățare; idealism și dorință de a atinge perfecțiunea; simț al umorului dezvoltat; independență în gândire și acțiune; maturitate în evaluarea realității și adaptarea în mod diferit (ingenios, creativ, neuzual) cerințelor ei.

Tipologia copiilor supradotați:

copii cu ”aptitudini academice”: se caracterizează prin succes în activitatea de învățare, prin ușurința operării cu noțiunile abstracte și a formulării generalizărilor, prin rapiditatea însușirii cunoștințelor, în special teoretice;

copii cu ”aptitudini creatoare”: se caracterizează prin capacitatea de a produce ceva nou față de stadiul lor de cunoștințe;

copii cu ”aptitudini științifice”: se caracterizează prin capacitatea de observare, prin raționament logic și prin ușurința folosirii calculelor și simbolurilor, prin ingeniozitatea asocierii cunoștințelor;

copii cu ”aptitudini artistice”: se caracterizează prin capacitatea creatoare de a imagina și organiza simboluri, forme, modele, culori și sunete, de a crea prin aceste mijloace o impresie estetică;

copii cu ”aptitudini tehnice”: se caracterizează prin capacitatea deosebită de folosire și invenție a unor obiecte tehnice, prin aptitudinea de a înțelege mecanica la nivel teoretic, de a rezolva probleme tehnice, de a sesiza relații spațiale;

copii cu ”aptitudini de conducere”: se caracterizează prin capacitatea de a-i îndruma pe alții, de a-i convinge și antrena, prin însușiri de personalitate precum tact, curaj, precum și printr-o inteligență combinativă;

copii cu ”aptitudini sociale”: se caracterizează prin capacitatea de formare a relațiilor umane, prin competență socială.

Educația incluzivă este un mod de educație adaptat și individualizat în funcție de nevoile tuturor copiilor în cadrul grupurilor și claselor echivalente ca vârstă, în care se regăsesc copii cu nevoi, capacități și nivele de competență foarte diferite.

Educația integrată este un proces de adaptare a copilului la cerințele școlii pe care o urmează, de stabilire a unor raporturi afective pozitive cu membrii grupului școlar și de desfășurare cu succes a prestațiilor școlare.

II.3.2. Modalități de adaptare a curriculum – ului la trebuințele de dezvoltare ale copiilor cu CES, la trebuințele de dezvoltare și afirmare a aptitudinilor generale și specifice în registrul supramediu

Abordarea curriculară în condițiile integrării copiilor cu cerințe speciale și a celor capabili de performanță înaltă în învățământul de masă trebuie să aibă în vedere:

Strategii pentru proiectarea unui curriculum incluziv:

Selectarea unor conținuturi din curriculum – ul general adresat copiilor cu un nivel normal de dezvoltare, care pot fi înțelese și însușite de către copiii cu CES și renunțarea la cele cu un grad sporit de complexitate;

Accesibilizarea întregului conținut;

Diversificarea componenentelor curriculum – ului general prin introducerea elevilor cu CES în activități compensatorii, recuperatorii concomitent cu participarea la activitățile desfășurate în învățământul obișnuit;

Extinderea perioadei de timp alocate procesului de învățare. Valoarea creditului unei unități de competență nu se acordă în funcție de timp;

Tehnicile de predare utilizate trebuie să ia în considerare diferitele stiluri de învățare și să asigure posibilitatea aprofundării cunoștințelor prin includerea diverselor strategii de învățare activă centrată pe elev;

Identificarea strategiilor de predare diferențiată sau strategiilor care ”maximizează” învățarea la nivel individual, cum ar fi învățarea pentru dezvoltare personală, învățarea în sistem tutorial, lucru în grup, echipe de învățare etc

Proiectarea curriculum – ului astfel încât acesta să planifice și să evalueze succesul elevilor;

Implicarea elevillor în stabilirea țintelor individuale de învățare și monitorizarea progresului obținut în procesul de atingere a țintelor stabilite;

Necesitatea consolidării încrederii în sine și a competențelor elevilor.

Diferențierea curriculum – ului pentru elevii cu aptitudini intelectuale înalte se realizeză la patru niveluri:

Adaptarea conținuturilor la o anumită categorie de elevi va avea în vedere:

atât aspectul cantitativ (volum de cunoștințe);

cât și aspectul calitativ (adecvarea la stilul de învățare, conexiunile interdisciplinare).

Principalele procese psihice vizate de curriculum – ul pentru categoria de elevi:

gândirea critică și creativă;

procesele comunicării;

procesele afective;

tipul de învățare.

Mediul – atmosfera de lucru (fizică, psihologică, socială). Caracteristicile dezirabile ale

ambianței psihologice:

condiții destinse, permisive de susținere și securizare;

interstimularea prin promovarea transferurilor de opinii, aprecieri, observații, sugestii, experiență;

încurajarea exprimării originale, a gândirii divergente, a asumării riscului pentru producerea noului;

acceptarea și respectarea diferențelor și deosebirilor dintre indivizi;

transparența și comunicarea empatică;

echilibrul dintre conduita competițională și cea cooperantă.

Parcurgerea curriculum – ului are ca finalizare dezvoltarea unor capacități individuale

care se pot exprima în diverse proiecte și produse, clasificabile în funcție de:

instrumentele utilizate: scrise, orale, vizuale, kinestezice;

procesele psihice predominant angajate: gândire critică sau creativă, comunicare etc;

conținutul informațional: interdisciplinar, arte, științe, limbi străine etc.

II.3.3. Etapele unei lecții din perspectiva Inteligențelor Multiple (IM)

Pasul 1: Formularea unor întrebări care să permită descoperirea oportunităților prin care pot fi implicate cât mai multe inteligențe la oră.

Cum poate fi folosit cuvântul scris sau vorbit la oră?

Cum pot fi incluse calculele, gândirea critică, clasificările în cadrul lecției?

Cum pot fi folosite culorile, graficele, organizatorii grafici, desenul în diferite momente ale lecției?

Când pot fi folosite ritmuri diverse, sunete specifice din mediul înconjurător, muzică?

În ce moment al lecției ar fi potrivit un exercițiu de învățare bazat pe mișcare, dramatizare?

Când este important să se utilizeze timpul și spațiul de învățare în mod individual?

Când se folosește lucrul în perechi și în grup mic și care sunt criteriile pe baza cărora se constituie grupurile?

Când pot fi utilizate tipare, clasificări și diverse asociații cu mediul înconjurător, cu viața cotidiană?

Pasul 2: Stabilirea strategiilor didactice care vor fi folosite cel mai des pentru a identifica

tipurile de inteligențe care vor fi activate prin intermediul acestora. Pentru identificarea, stimularea sau dezvoltarea abilităților cognitive multiple se recomandă folosirea unui meniu instrucțional cât mai diversificat – activitățile de vizualizare, prelegerea interactivă, folosirea de organizatori grafici, demonstrațiile științifice, dezbaterea, jocurile de cuvinte, excursiile tematice, învățarea în perechi, asaltul de idei (brainstorming), jurnalul personal, povestirea, jocurile de gândire logică, jocul de rol, confecționarea colajelor, realizarea unui eseu pe suport muzical, studiul de caz etc.

Pasul 3: Completarea unui grafic zilnic și săptămânal cu însemnări pentru reamintirea momentului și modului în care poate fi folosit fiecare tip de inteligență în lecție.

Pasul 4: Realizarea unor exerciții de proiectare în vederea dezvoltării competenței de diversificare a strategiei de instruire prin filtrul IM.

CAPITOLUL III

Cercetarea pedagogică

III.1. Considerații privind organizarea și desfășurarea experimentului pedagogic

”Cercetarea pedagogică este o strategie desfășurată în scopul surprinderii unor relații noi între componentele acțiunii educaționale și al elaborării unor soluții optime de rezolvare a problemelor indicate de procesul instructiv – educativ în conformitate cu exigențele sociale.” Concluziile acesteia contribuie la inovarea și perfecționarea procesului de învățământ și de educație.

”Inovația în învățământ constă în acceptarea, instalarea și utilizarea unei/unor schimbări cu efecte pozitive asupra activității educaționale ulterioare.”

Cercetarea și inovația sunt două acțiuni complementare în explicarea, analizarea, înțelegerea, interpretarea și schimbarea realității educaționale.

Tipurile cercetării pedagogice:

cercetarea pedagogică aplicativă rezolvă problemele educației curente pe termen scurt, în legătură cu reformarea învățământului;

cercetarea fundamentală pe termen lung, concepe și proiectează educația, învățământul, școala viitorului.

Funcțiile cercetării pedagogice:

funcția explicativă;

funcția praxiologică:

funcția predictivă;

funcția sistematizatoare;

funcția referențial – informațională.

Etapele cercetării pedagogice:

Delimitarea problemei de cercetat:

identificarea unei probleme de abordat și stabilirea domeniului în care se încadrează;

formularea clară a problemei;

documentarea asupra problemei de cercetat.

Proiectarea activității de cercetare:

stabilirea obiectivelor cercetării;

formularea ipotezelor cercetării;

elaborarea unui proiect al cercetării (unitar și coerent).

Desfășurarea cercetării pedagogice:

presupune aplicarea în practică a proiectului cercetării;

verificarea ipotezei.

Analiza, prelucrarea și interpretarea datelor obținute:

se face cu ajutorul metodelor de cercetare sociologică;

se face aplicând programe de tipul SPIESS etc.

Elaborarea concluziilor cercetării

Valorificarea cercetării:

prin publicarea în reviste de specialitate sau în volume colective, cărți de autor etc.

Prin transpunerea în practica școlară, educațională a rezultatelor cercetării.

”Experimentul psihopedagogic (didactic) este o observație provocată, întrucât

presupune producerea sau schimbarea deliberată a fenomenelor educaționale în vederea studierii lor aprofundate în condiții favorabile și a identificării, observării, cuantificării și evaluării factorilor care le influențează sau le determină.”

Experimentul propriu – zis constă în testarea/verificarea ipotezei/presupunerii formulate de către cercetător. Scopul experimentului este acela de a confirma sau infirma ipoteza cercetării (în ambele variante înregistrându-se un spor de cunoaștere) și, eventual, de a sugera alte întrebări sau ipoteze.

Principalele etape ale experimentului psihopedagogic desfășurat cu eșantioane paralele sunt:

Etapa preexperimentală (etapa cu caracter constatativ/pretestul);

Etapa experimentală (experimentul formativ);

Etapa postexperimentală (etapa de control/posttestul);

Valorificarea la distanță (retestul).

Cerințele unei cercetări pedagogice obiective și eficiente:

înregistrarea unui număr suficient de cazuri, care să se justifice statistic. Activitatea de cercetare este axată pe loturi reprezentative de elevi, din clase de nivele diferite și este extinsă pe parcursul mai multor ani. Activitatea de învățare presupune nu numai o învățare temeinică a unor lecții ci și testarea capacității de progres a elevilor în condițiile experimentului.

asigurarea cadrului natural al situațiilor pedagogice de investigație pe baza cărora se culeg datele. Cu cât cadrul natural al situației pedagogice de investigație este mai judicios conceput, cu atât rezultatul experimentului este mai apropiat de realitate.

înregistrarea eficientă a datelor. Erorile de înregistrare pot duce la vicierea concluziilor cercetării și la abordarea unei căi greșite în aceasta.

folosirea unor mijloace tehnice moderne în prelucrarea informației.Informatizarea asigură nu numai eliminarea unor vicii de procedură, ci și prezentarea într-o formă originală a concluziilor.

acordarea unei ponderi deosebite analizei (prelucrări și interpretări) calitative a fenomenului educațional pentru stabilirea concluziilor.

III.2. Cercetarea psihopedagogică experimentală

Tema cercetării – Elaborarea și experimentarea unor programe de învățare diferențiată

la capitolul ”Pile și elemente galvanice”

Diversitatea umană a pus în fața pedagogiei și psihologiei educației problema complexă a diferențierii și individualizării instruirii, ca premisă indispensabilă pentru asigurarea reușitei fiecărui elev și realizarea unor performanțe cât mai apropiate de potențialul său intelectual maxim.

Demersul de față are ca punct de plecare întocmirea unei liste cu o bibliografie adecvată. Documentarea bibliografică este de natură a asigura o bază solidă de discuție în rezolvarea tuturor problemelor abordate în lucrare. Pe baza materialelor studiate au fost realizate documentele indispensabile în activitatea didactică: proiectul unității de învățare, proiecte de lecții, testele inițial, formativ și final, fișele de documentare, de lucru, de activitate experimentală, fișe de recuperare și dezvoltare, rebusuri, organizatori grafici etc.

Scopul cercetării pedagogice îl reprezintă transformarea clasei tradiționale într-o clasă diferențiată. În acest sens s-a procedat la:

înlocuirea unor metode tradiționale (expunere, demonstrație, explicație) cu metode moderne, active, de gândire critică (problematizarea, investigația, studiul de caz, brainstorming, învățarea prin descoperire, organizatori grafici etc.) în cazul elevilor din învățământul profesional;

elaborarea și experimentarea unor programe de instruire diferențiată la capitolul ”Pile și elemente galvanice”.

Obiectivele cercetării pedagogice:

utilizarea unor metode și tehnici adecvate de determinare obiectivă a nivelului de pregătire al elevilor și elaborarea altora noi;

determinarea nivelului de pregătire al elevilor implicați în cercetare;

înregistrarea, monitorizarea și compararea rezultatelor obținute de elevii clasei experimentale și a celei de control la testul inițial, la cel formativ și la cel final;

analiza relației dintre rezultatele școlare și instruirea diferențiată prin: interpretarea calitativă și cantitativă a rezultatelor elevilor la testele administrate, analizarea climatului educațional, a comunicării și a inteligenței interpersonale, a motivației și a satisfacției în activitatea didactică, a factorilor care stimulează sau frânează instruirea diferențiată;

cuantificarea și măsurarea gradului de implicare a celor doi componenți ai binomului educațional – elev și profesor în desfășurarea activității didactice.

Ipoteza generală – adaptarea întregului demers educațional la diversitatea indivizilor

și a grupurilor, talentelor individuale, evitând marginalizarea sau excluderea acestora, astfel încât să fie asigurată reușita fiecărui elev prin realizarea unor performanțe cât mai apropiate de potențialul maxim individual.

Ipoteze derivate

Adaptarea întregului demers educațional la particularitățile individuale, urmărind dezvoltarea capacităților și aptitudinilor fiecărui elev în raport cu propriile posibilități și interese, înclinații înnăscute și însușiri formate în cursul vieții prin organizarea unor activități diferențiate;

Adaptarea procesului de predare – învățare – evaluare astfel încât elevul să intre în posesia unor mijloace proprii de însușire a cunoștințelor și de aplicare a acestora în practică în mod constant și creator;

Facilitarea învățării temelor în mod pluridisciplinar, transdisciplinar și interdisciplinar, deoarece ”cel mai puternic argument pentru interdisciplinaritate este chiar faptul că viața nu este împărțită pe discipline”. (G. Maffett)

Variabilele cercetării pedagogice:

Variabile independente ale experimentului: programe de instruire diferențiată:

metode și procedee: investigație, studiu de caz, problematizare, documentare, proiect, turul galeriei, Știu/Vreau să știu/Am învățat, experiment virtual, ciorchinele, matricea conceptuală, copacul ideilor, organizatorul grafic, metoda FLORIS, eseul de 5 minute, ”scrierea liberă”, ”biletul de încheiere”, joc BINGO etc.

mijloace de învățământ: fișe de documentare, de lucru, de activitate experimentală, de evaluare, de recuperare, de dezvoltare, referate, proiecte, PPT, planșe, benzi desenate, colecții de baterii și acumulatori, filmul didactic, laptop, videoproiector etc.

forme de organizare: individual, perechi, grupe, frontal.

teme de lucru diferențiate:

nivel CES, nivel inferior, mediu, superior;

activități teoretice, practice.

Variabile dependente ale experimentului: performanțele școlare și comportamentele elevilor (capacități cognitive complexe: gândire divergentă, critică, logică, deprinderi sociale, deprinderi de însușire a conceptelor despre pile și elemente galvanice și de aplicare a informațiilor dobândite în viața cotidiană).

Coordonate majore ale metodologiei cercetării

Locul de desfășurare al cercetării pedagogice: Liceul Tehnologic ”D. Leonida”, Constanța, județul Constanța, profesor Vulpe Grațiela

Perioada de cercetare: anul școlar 2018 – 2019, semestrele I și II; număr de ore alocate: 9

Eșantionul de participanți

La stabilirea eșantionului de elevi cuprinși în cercetare este utilizată tehnica

grupelor paralele.

eșantionul experimental:clasa ID, învățământ profesional, formată din 25 de elevi, nivel de dezvoltare fizică și intelectuală corespunzătoare vârstei; competențe specifice disciplinei chimie, la nivelul standardelor prevăzute în programă.

La eșantionul experimental, ”clasa diferențiată”, maniera de lucru a fost bazată pe strategii de instruire centrate pe elev.

eșantionul de control: clasa IE, învățământ profesional, formată din 25 de elevi, nivel de dezvoltare fizică și intelectuală corespunzătoare vârstei; competențe specifice disciplinei chimie, la nivelul standardelor prevăzute în programă.

La eșantionul de control, transformat într- o ”clasă tradițională”,

maniera de lucu a fost axată pe rolul central al profesorului și pe transmiterea de cunoștințe. Au fost aplicate strategii de instruire expozitive: expunerea, explicația, prelegerea, experimentul de laborator demonstrativ, învățarea și memorarea reproductivă, activitatea independentă cu fișele de lucru și manualul.

Descrierea lotului experimental din punct de vedere psihologic – la vârsta

preadolescenței – adolescenței

Cunoașterea nivelului dezvoltării psihice a fiecărui elev este esențială

în optimizarea procesului de învățare, fiind o premisă a reușitei școlare.

Perioada preadolescenței – adolescenței se caracterizează prin trecerea

la gândirea formală, intensificarea conștiinței de sine, avans cognitiv deosebit, dezvoltarea personalității, clarificarea identității de sine etc.

Caracterizarea subiecților din punct de vedere al nivelului intelectual și al mediului social de proveniență

clase extrem de eterogene atât la nivelul valorii subiecților componenți,

cât și la nivelul atitudinii față de actul de învățare.

Din punctul de vedere al mediului socio – profesional de proveniență,

majoritatea aparține unor familii cu următorul profil ocupațional: muncitori, cu sau fără studii medii, liber profesioniști, șomeri sau fără ocupație, părinți plecați la muncă în străinătate. Există situații de elevi abandonați de familii, preluați de familii sociale, proveniți din familii dezorganizate sau monoparentale. O problemă acută este cea a abandonării copiilor în grija rudelor de către părinții plecați la muncă în străinătate, situație cu un impact negativ asupra dezvoltării elevilor.

Din punct de vedere al tipului localității de proveniență, există o

omogenitate a colectivului de elevi – foarte puțini locuiesc în mediul urban, cei mai mulți elevi provin din mediul rural, făcând o navetă zilnică.

Considerăm necesară evidențierea aspectelor menționate mai sus, deoarece mediul social în care crește și se dezvoltă copilul are un impact major asupra evoluției personalității și randamentului școlar al acestuia.

Eșantionul de conținut

este reprezentat de unitățile de conținut ale unității de învățare ”Procese redox”.

vor fi urmărite rezultatele elevilor din eșantionul experimental înainte și după administrarea factorului experimental.

Stabilirea metodologiei prin care se centralizează rezultatele

Sistemul metodelor de cercetare utilizate

observarea directă vizând gradul de a unor modele, valori.

metoda vizând unor date privind motivația învățării, semnificația notei, a succesului școlar.

metoda cercetării documentelor școlare vizând studierea cataloagelor, a programelor de învățământ, a planificărilor anuale și de teme, lucrări scrise etc.

metoda testelor și altor probe de evaluare se referă la diferite tipuri de evaluare ale elevilor urmărind progresul sau regresul înregistrat.

experimentul psihopedagogic/didactic.

Metoda de bază aplicată este cea a experimentului didactic iar tehnica utilizată

este cea a eșantioanelor paralele/echivalente, adică design experimental intersubiecți, în care se include un eșantion de control cu un nivel comparabil cu cel al eșantionului experimental, cât mai asemănător cu acesta.

La eșantionul de control (clasa IE) maniera de lucru a fost cea

tradițională, neinfluențată de variabila independentă, manipulată la eșantionul experimental (clasa ID).

Se urmărește, pe de o parte, variația variabilei dependente în funcție de

variabila independentă (la eșantionul experimental) și, pe de altă parte, variația variabilei dependente în condițiile în care nu intervine variabila independentă (la eșantionul de control). Întrucât cele două tipuri de eșantioane nu diferă semnificativ la începutul experimentului, fiind aproximativ echivalente, diferențele constatate la sfârșitul acestuia sunt, foarte probabil, datorate noului factor.

Elaborarea instrumentelor de măsurare și prelucrare a datelor

teste de evaluare a competențelor (inițial, formativ și final);

lista de control;

scara de clasificare.

Testul inițial:

a fost aplicat pentru verificarea nivelului de performanță înainte de

aplicarea strategiilor de instruire și identificarea claselor cu același nivel de pregătire.

are un nivel mediu și este structurat pe itemi obiectivi (cu alegere

duală), semiobiectivi (de completare) și subiectivi (rezolvare de probleme), fiind respectate prevederile legale în vigoare, structurat conform cerințelor MEN. (Vezi Test de evaluare inițială)

baremul de corectare și de notare a urmărit defalcarea punctajului iar

rezultatele au fost centralizate atât pe note, cât și pe procente, evidențiindu-se, în acest mod, nivelul inițial de achiziții al elevilor.

Testele formative:

Pe parcursul experimentului s-au administrat o serie de teste pentru a ilustra progresul obținut de elevi în urma utilizării unor programe de instruire diferențiată.

Testele de evaluare au fost succedate de fișe de recuperare care conțin o parte cu noțiuni teoretice urmată de exerciții de remediere. Fișele de recuperare conțin exerciții de scriere și egalare a ecuațiilor reacțiilor chimice, prin metoda redox, de identificare a reacțiilor redox, de stabilire a numărului de oxidare a elementelor în diferiți compuși, de modelare a proceselor de oxidare și reducere deoarece s-a constatat, în urma aplicării testelor erori în ceea ce privește identificarea proceselor de oxidare/reducere, a agentului oxidant/reducător, a determinării numerelor de oxidare, a stabilirii coeficienților reacțiilor redox etc.

Testul final a constat în itemi obiectivi (cu alegere multiplă, de împerechere), itemi semiobiectivi (de completare), itemi subiectivi (rezolvare de probleme). (Vezi Test de evaluare finală)

Baremul de corectare și de notare a urmărit defalcarea punctajului, corelarea competențelor cu itemii propuși iar rezultatele au fost centralizate atât pe note, cât și pe procente.

Lista de control și scara de clasificare au fost utilizate pentru evaluarea comportamentelor elevilor într-o structură de instruire diferențiată.

Scara de clasificare

Particip cu plăcere la activitățile care presupun lucrul în echipă:

puternic dezacord

dezacord

nu știu/îmi este indiferent

de acord

puternic acord

Îmi asum responsabilitățile care îmi sunt atribuite în cadrul echipei:

întotdeauna

frecvent

ocazional

rar

niciodată

Colaborez cu colegii de echipă în vederea îndeplinirii sarcinii didactice:

întotdeauna

frecvent

ocazional

rar

niciodată

Lista de control

Elevul/Eleva:

A participat cu interes la oră. DA/NU

A cerut sprijinul colegului/colegei de bancă/colegilor din grup. DA/NU

A oferit sprijin colegului/colegei de bancă/colegilor din grup. DA/NU

A colaborat cu ceilalți colegi pentru a obține produsul final. DA/NU

A finalizat cu succes sarcina de lucru. DA/NU

A făcut ordine pe masa de lucru. DA/NU

Pentru prelucrarea și sistematizarea datelor s-au folosit:

prelucrarea datelor:

sistematizareadatelor:

au fost calculate mediile aritmetice, procentele și frecvența.

Datele obținute în urma aplicării testelor au fost prelucrate și interpretate utilizând

metode statistico – matematice și metode de reprezentare grafică. Metodele statistico – matematice surprind relațiile cantitative dintre fenomenele investigate, în timp ce metodele grafice ajută nu numai la vizualizarea datelor măsurate, ci și la sintetizarea lor.

Descrierea etapelor cercetării pedagogice

Etapele experimentului psihopedagogic/didactic desfășurat au fost următoarele:

Etapa preexperimentală

Pretestul (testul inițial) a avut rolul de a stabili nivelul de pregătire în momentul

inițierii experimentului psihopedagogic, atât la eșantionul de control, cât și la cel experimental. S-a urmărit verificarea următoarelor achiziții: determinarea caracterului chimic și electrochimic al unui element în funcție de configurația electronică, stabilirea și denumirea formulelor unor compuși chimici, modelarea legăturilor chimice în anumiți compuși, aplicarea unor algoritmi corespunzători pentru rezolvarea exercițiilor și problemelor de chimie.

Testul a fost conceput într-o manieră interesantă, atractivă astfel încât rezolvarea acestuia să fie un joc plăcut.

Înregistrarea rezultatelor la pretest:

Organizarea și prezentarea datelor

Rezultatele eșantionului experimental (ID)

Tabel sintetic cu rezultatele testului inițial la grupa experimentală

Fig. Poligon de frecvență, test inițial, grupa experimentală

Fig. Histogramă comparativă, test inițial, grupa experimentală

Fig. Diagrama areolară, test inițial, grupa experimentală

Rezultatele eșantionului de control (IE)

Tabel sintetic cu rezultatele testului inițial la grupa de control

Fig. Poligon de frecvență, test inițial, grupa de control

Fig. Histogramă comparativă, test inițial, grupa de control

Fig. Diagrama areolară, test inițial, grupa de control

Analiza și compararea datelor

Valorificând rezultatele obținute la testul inițial care a fost identic pentru eșantionul experimental și cel de control se observă că eșantioanele alese sunt aproximativ omogene din punct de vedere valoric, mediile obținute la testul inițial fiind de 5,88 pentru eșantionul experimental și 6,08 pentru eșantionul de control.

Etapa experimentală

O primă fază a modelului instrucțional experimentat este reprezentată de proiectarea instruirii diferențiate, fiind elaborate următoarele documente:

planificarea calendaristică anuală și proiectul unității de învățare, în conformitate cu programa școlară și cu normele metodologice în vigoare;

proiectele didactice ale temelor prevăzute la unitatea de învățare, concepute în conformitate cu principiile instruirii diferențiate, axate pe strategii didactice centrate pe elev.

Srategiile didactice abordate pentru atingerea competențelor prevăzute la unitatea

de învățare ”Procese redox” au fost diferite la eșantionul experimental față de eșantionul de control, în primul caz fiind aplicate programe de instruire diferențiată. Recapitularea finală desfășurată după tratarea temelor unității de învățare, a fost proiectată în conformitate cu aceleași principii ale instruirii diferențiate.

Pe parcursul etapei experimentale s-au administrat probe și teste de evaluare identice pentru cele două eșantioane, în scopul verificării gradului de atingere a competențelor, stabilirii variabilelor dependente și adoptării unor măsuri de remediere.

Demersul didactic începe cu sfârșitul lui, adică cu stabilirea competențelor, performanțelor finale ale elevilor instruiți. Au fost anticipate natura și nivelul modificărilor care trebuie introduse în comportamentul elevilor pe plan cognitiv – a ști, afectiv – a simți și psihomotor – a face.

Respectând curriculum – ul, selectarea materialului prevăzut pentru activitățile de învățare s-a făcut ținând cont de nevoile comune, precum și de cele individuale ale elevilor, ajustând demersul didactic la situațiile constatate.

Strategiile didactice au fost diferențiate și personalizate, fiind folosite metode și procedee didactice variate (studiul de caz, experimentul virtual, organizatori grafici, metoda FLORIS, jocul didactic etc.), mijloace de învățământ diverse (fișe de documentare, de activitate experimentală, de lucru, de evaluare, de recuperare, de dezvoltare, mijloace audio – video, surse grafice, iconice etc.), forme de organizare adaptate în funcție de secvența de instruire (individual, perechi, grupal, frontal), activități teoretice și practice, precum și teme pentru acasă adaptate nivelului elevilor (nivel inferior, mediu, superior, CES).

Pentru a elimina ”pasivitatea” elevilor, aceștia au fost implicați în procesul instructiv – educativ, folosind următoarele tehnici:

invitarea elevilor să anticipeze răspunsurile la probleme, astfel încât

aceștia să stabilească conexiunile între informațiile pe care le dețin și noile cunoștințe;

trasarea unor sarcini care trebuie rezolvate rapid (exemplu – utilizarea

unui concept într-un context nou după explicarea acestuia);

apelul la exemple interesante, inedite, de natură să capteze atenția și să

stimuleze interesul pentru tema respectivă (exemplu – focurile bengale);

solicitarea constantă de a formula o opinie personală argumentată

referitoare la temele abordate;

introducerea unor secvențe de reflecție la sfârșitul activității didactice

prin completarea unor chestionare (exemplu – menționarea unor lucruri învățate, a unor idei interesante, formularea unor întrebări referitoare la tema discutată);

posibilitatea oferită elevilor de a-și alege modul de lucru, de exprimare,

tema pentru acasă.

O pondere semnificativă în diferite secvențe de instruire (captarea atenției, reactualizarea cunoștințelor, însușirea și sistematizarea noilor conținuturi, evaluare) o deține tehnica organizatorilor grafici (matricea conceptuală, copacul ideilor, ciorchinele etc.) care are un foarte important în activizarea învățării.

Un moment important al activităților didactice desfășurare a fost evaluarea progresului școlar, fiind de natură să contribuie la reglarea demersului didactic. Pe lângă testele de evaluare aplicate s-a recurs și la tehnici menite să stimuleze motivația învățării, să determine o atitudine pozitivă față de activitatea de instruire și să dezvolte deprinderi de autoevaluare (autonotare controlată, notare reciprocă, autocorectare, corectare reciprocă).

Organizarea și prezentarea datelor

Rezultatele eșantionului experimental (ID)

Tabel sintetic cu rezultatele testului formativ la grupa experimentală

Fig. Poligon de frecvență, test formativ, grupa experimentală

Fig. Histogramă comparativă, test formativ, grupa experimentală

Fig. Diagrama areolară, test formativ, grupa experimentală

Rezultatele eșantionului de control (IE)

Tabel sintetic cu rezultatele testului formativ la grupa de control

Fig. Poligon de frecvență, test formativ, grupa de control

Fig. Histogramă comparativă, test formativ, grupa de control

Fig. Diagrama areolară, test formativ, grupa de control

Analiza și compararea datelor

Mediile obținute la administrarea testului formativ, identic pentru cele două

eșantioane, sunt următoarele: 7,72 – eșantionul experimental și 7, 36 – eșantionul de control.

Analiza rezultatelor obținute evidențiază creșterea mediilor celor două clase față de cele înregistrate la testul predictiv, cu 18,4% la ”clasa diferențiată și cu 12,8% la ”clasa tradițională”, ceea ce înseamnă un progres mai mare la elevii eșantionului experimental.

Etapa postexperimentală (posttestul)

În această etapă s-a aplicat un test final identic pentru cele două eșantioane,

experimental și de control, în care s-au formulat cerințe referitoare la: identificarea proceselor de oxidare, de reducere și coroziune, a agentului oxidant și a celui reducător, indicarea principalelor componente ale pilelor electrochimice și recunoașterea utilizării acestora, stabilirea coeficienților stoechiometrici în reacțiile redox.

Testul final a fost aplicat cu scopul de a urmări obiectivele experimentului și de a verifica ipoteza formulată – dacă diferența dintre cele două eșantioane este semnificativă (caz în care se confirmă ipoteza cercetării), instruirea diferențiată este eficientă.

Înregistrarea rezultatelor la posttest

Organizarea și prezentarea datelor

Rezultatele eșantionului experimental (ID)

Tabel sintetic cu rezultatele testului final la grupa experimentală

Fig. Poligon de frecvență, test final, grupa experimentală

Fig.Histogramă comparativă, test final, grupa experimentală

Fig. Diagrama areolară, test final, grupa experimentală

Rezultatele eșantionului de control (IE)

Fig. Poligon de frecvență, test final, grupa de control

Fig.Histogramă comparativă, test final, grupa de control

Fig. Diagrama areolară, test final, grupa de control

Analiza și compararea datelor

Rezultatele înregistrate și în această etapă evidențiază o creștere a valorii mediei, mai

semnificativă la ”clasa diferențiată”, respectiv 2,00 puncte (de la 5,88 la 7,88) – la eșantionul experimental, față de 0,92 puncte (de la 6,08 la 7,00) – la eșantionul de control.

În urma administrării testului de evaluare sumativă, analiza rezultatelor indică gradul în care au fost atinse competențele:

un număr mare de elevi din ”clasa diferențiată” a identificat procesele de oxidare/de

reducere, agentul oxidant/reducător, a indicat principalele componente ale pilelor electrochimice și aplicațiile acestora, a aplicat corect algoritmul de egalare a ecuațiilor reacțiilor chimice prin metoda redox;

un număr mare de elevi din ”clasa tradițională” a stabilit numărul de oxidare, a

identificat părțile componente ale elementelor galvanice și utilizările acestora;

foarte puțini elevi din ”clasa tradițională” reușesc să egaleze reacții redox și să rezolve

probleme de calcul stoechiometric.

Rezultatele comparative ale celor două eșantioane după testul final

Organizarea și prezentarea datelor

Rezultatele eșantionului experimental (ID)

Tabel analitic al rezultatelor elevilor

cu notele obținute la testele inițial și final, grupa experimentală

Fig. Poligon de frecvență comparativ – test inițial, test final, grupa experimentală

Fig. Histogramă – Progresul realizat de elevii ”clasei diferențiate”

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa:

Data:

Tema: Procese redox

Tipul lecției: evaluare

Durata: 50 minute

Scopul lecției: evaluarea cunoștințelor însușite la lecțiile studiate și a capacității de

utilizare a acestora.

Competențe derivate de evaluat:

C1 Scrierea configurațiilor electronice ale elementelor date;

C2 Determinarea caracterului chimic și electrochimic al unui element în funcție de

configurația electronică;

C3 Modelarea legăturilor chimice în anumiți compuși;

C4 Stabilirea și denumirea formulelor unor compuși;

C5 Utilizarea cunoștințelor teoretice în modelarea în scris a ecuațiilor chimice;

C6 Aplicarea unor algoritmi corespunzători pentru rezolvarea unor probleme.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: expunere, conversație, explicație.

Mijloace de învățământ: test structurat – itemi obiectivi, semiobiectivi, subiectivi.

Forme de activitate: individuală – rezolvarea testului.

Documentare bibliografică:

E. Alexandrescu, E. M, C. Vasile, Ghidul elevului, Chimie, clasa a 7 a, Sinteze,

Aplicații, Experimente, Ed. LVS Crepuscul, Ploiești, 2007;

L. I. Doiciu, A. M. Anghel, S. Gîrtan, Chimie pentru gimnaziu, Exerciții, probleme și

jocuri, Ed. Art Educațional, București, 2017;

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Chimie, clasa a IX – a, Ed. LVS Crepuscul, Ploiești,

2004;

D. Bâclea, M. Constantinescu, Chimie – Planuri de lecție, Ed. Polirom, Iași, 1999;

S. Fătu, Didactica Chimiei, Ed. Corint, București, 2002.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox Nume și prenume: _______________

Clasa: Data: ______________

TEST DE EVALUARE INIȚIALĂ

Pentru rezolvarea corectă a tuturor cerințelor se acordă 90 de puncte.

Din oficiu se acordă 10 puncte.

Timpul efectiv de lucru este de 45 de minute.

A. După modelul dat, completați configurațiile electronice și procesele de ionizare de mai jos:

12Mg : 1s22s22p63s2 → Mg2+: 1s22s22p6 + 2e− sau Mg: → Mg2+ + 2e−; Mg: Mg2+

11Na : __________ → ___ : _______ + ___ sau Na: → ____ + ___ ; Na

9F : ______ + ______ → ______ : _____ sau F → ____ + ____ ; F ____

10 puncte (2,5 puncte × 4)

B. Analizați procesele de ionizare de la punctul 1 și, în enunțurile de mai jos, înconjurați unul

din termenii subliniați, astfel încât să obțineți afirmații corecte.

Atomul de sodiu cedează/acceptă un electron și se transformă într-un ion negativ/pozitiv.

Simbolul ionului de sodiu este Na+1/Na+.

Ionul de sodiu diferă de atomul de sodiu prin numărul de protoni/electroni.

În ionul de sodiu, numărul de electroni este mai mic/mare decât numărul de protoni.

Sodiul are caracter electronegativ/electropozitiv și este un metal/nemetal.

Atomul de fluor cedează/acceptă un electron și se transformă într-un ion negativ/pozitiv.

Simbolul ionulul de fluor este F−/F1−.

În ionul fluorului, numărul de electroni este mai mic/mare decât numărul de protoni.

Fluorul este un element cu caracter electronegativ/electropoziv și este un metal/nemetal.

Ionii Na+ și F− sunt identici/izoelectronici cu atomul de 10Na.

10 puncte (0,75 puncte × 14)

C. Modelați formarea legăturii chimice în MgO și H2O. Completați spațiile libere din următoarele afirmații, astfel încât acestea să fie corecte.

Atomul de magneziu cedează _________ electroni de pe stratul _________ atomului de

oxigen, care îi acceptă pe stratul _________, unde se aflau _________ electroni.

Ionii Mg2+ și O2− au pe ultimul strat configurații stabile de _________ .

Un atom de magneziu se poate combina cu un singur _________ de oxigen.

Atomul de oxigen are _________ electroni pe ultimul strat și pune în comun cu hidrogenul

_________ electroni.

În apă, atomul de oxigen are pe ultimul strat _________ electroni, iar pe fiecare atom de

hidrogen are pe ultimul strat _________ electroni.

10 puncte (1 punct × 10)

D. Plasați în macheta sistemului periodic următoarele elemente: Na, F, O, H.

4 puncte (1 punct × 4)

În careul alăturat, drumul

spre medalie trece numai prin

formulele chimice corecte.

1. Descoperiți –l!

2. Denumiți formulele chimice.

20 puncte (1 punct × 20)

A. Identificați substanțele notate cu litere, completați și egalați ecuațiile chimice și scrieți, în

spațiile punctate, tipul reacției.

reacție de ______________

reacție de ______________

reacție de ______________

reacție de ______________

B. Acidul fosforic, utilizat în industria îngrășămintelor

chimice, se obține în urma reacției dintre fosfatul de calciu

(Ca3(PO4)2) și acidul sulfuric (H2SO4).

Scrieți ecuația acestei reacții chimice, știind că formulele

chimice, știind că fomulele chimice ale produșilor de reacție și

coeficienții din ecuația chimică se găsesc în paharul alăturat.

__________________________________________________

11 puncte (2,50 puncte × 4, 0,25 puncte × 4)

A. Calculați numărul de moli și masa de oxid de aluminiu (Al2O3) rezultați din reacția a 135g

de Al cu oxigenul.

Rezolvare: ____ 27g ____ moli

B. Completați căsuțele libere din schema de mai jos cu formulele chimice, astfel încât să obțineți ecuațiile a două reacții chimice utilizate de oameni din cele mai vechi timpuri pentru obținerea unei substanțe necesare în construirea cetăților. Substanțele utilizate sunt: var nestins, var stins, piatră de var, gaz care nu întreține arderea, substanță indispensabilă vieții care se găsește pe Pământ în stare solidă, lichidă și gazoasă.

Identificați reacția endotermă și exotermă:

reacție ____________________

reacție ____________________

Calculați volumul de gaz degajat la descompunerea termică a 200g carbonat de calciu.

25 puncte (10 puncte × 2, 0,25 puncte × 8, 3 puncte × 1)

ETALON DE REZOLVARE

A.

11Na : 1s22s22p63s1 → Na+ : 1s22s22p6 + 1e−

sau Na ∙ → Na+ + 1e−; Na ∙ Na+

2. 9F : 1s22s22p5 + 1e− → F− : 1s22s22p6

sau F → F− −1e−; F F−

B.

1. cedează, ion pozitiv;

2. Na+;

3. electroni;

4. mic;

5. electropozitiv, metal;

6. acceptă, ion negativ;

7. F−;

8. mare;

9. electronegativ, nemetal;

10. izoelectronici.

C.

M + O → Mg2+ + O Mg2+O2−

O + →

2e−, 3, 2, 6e−;

gaz nobil (octet);

atom;

6e−, 2e−;

8e−; 2e−.

1. HCl, MgO, AlBr3, NaOH, NaHCO3, NaCl, Ca(OH)2, CO2, H2O, Fe2(SO4)3.

HCl – acid clorhidric, MgO – oxid de magneziu, AlBr3 – bromură de aluminiu, NaOH – hidroxid de sodiu, NaHCO3 – carbonat acid de sodiu/bicarbonat de sodiu, NaCl – clorură de sodiu, Ca(OH)2 – hidroxid de calciu, CO2 – dioxid de carbon, H2O – apă, Fe(SO4)3 – sulfat de fier.

A.

reacție de combinare

reacție de descompunere

reacție de înlocuire (substituție)

reacție de schimb (dublă înlocuire)

B.

în pahar: CaSO4, H3PO4, 3,2

A.

Rezolvare: 4 ∙ 27g 2 ∙ moli

B.

a. reacție exotermă

b. reacție endotermă

BAREM DE NOTARE

INTERPRETAREA REZULTATELOR

Testul a fost aplicat claselor de profesională, anul I (clasele D și E) la unitatea de învățare Procese redox.

Media generală pe clasă: I D __________ , I E _____________ .

În funcție de rezultatele testului inițial și gradul de atingere a competențelor evaluate, a fost realizată proiectarea didactică a următoarelor teme: ________________

Analiza rezultatelor experimentale este prezentată în capitolul __________-

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: anul I profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Tipul lecției: dobândire de noi cunoștințe

Durata: 50 minute

Scopul lecției: explicarea noțiunii număr de oxidare și dezvoltarea capacităților de explorare a surselor, de comunicare a informațiilor și de a lucra în echipă.

Competențe derivate:

C1 Definirea numărului de oxidare și identificarea reacțiilor redox;

C2 Stabilirea numărului de oxidare a elementelor în diferiți compuși;

C3 Formularea concluziilor în urma interpretării fenomenelor;

C4 Precizarea importanței proceselor redox în viața cotidiană.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: explicație, conversație euristică, algoritmizare, experiment virtual, problematizare, modelare,copacul ideilor, organizatori grafici.

Mijloace de învățământ: manual, calculator, videoproiector, fișe de lucru, fișe de exerciții, postere.

Forme de activitate: frontal, individual, pe grupe.

Documentare bibliografică:

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Manual Chimie, clasa a IX – a, Ed. LVS Crepuscul, 2004;

P. Arsene, C. Marinescu, Chimie clasa a X – a , Ed. Didactică și Pedagogică, București,

2002;

E. Goiceanu, C. Tache, D. Bâclea, Manual Chimie, clasa a X – a, Ed. Teora

Educațional, București, 2000;

M Lewis, Recapitulare prin diagrame, Chimie 2, Ed. All Educational, 1999;

S. Fătu, Didactica Chimiei, Ed. Corint, București, 2002

Internet, lecții virtuale.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR.1

Completați casetele libere cu informații pe care le cunoașteți despre clor – idei, cunoștințe,

caracteristici.

Schimbați fișa de lucru cu cea a colegului de bancă și completați casetele libere, fără a repeta

informațiile scrise.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 2

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 2

ETALON

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 3

REZOLVĂ ȘI ÎNVAȚĂ!

NIVEL INFERIOR

Stabiliți N.O. ale elementelor în următorii compuși:

Model de rezolvare:

Aranjați substanțele următoare în ordinea crescătoare a N.O. al azotului.

Model de rezolvare:

, __________________

NIVEL MEDIU

Stabiliți N.O. pentru atomii care formează compușii:

, .

Indicați formulele compușilor în care clorul are următoarele N.O.:

Stabiliți N.O. ale elementelor componente în următoarele combinații complexe:

; ; .

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: anul I profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Tipul lecției: mixtă

Durata: 50 minute

Scopul lecției: stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor de oxido – reducere, folosind metoda algoritmizării și a experimentului virtual/laborator.

Competențe derivate:

C1 Aplicarea algoritmului de egalare a ecuațiilor care au loc cu transfer de electroni;

C2 Utilizarea cunoștințelor teoretice acumulate, referitoare la reacții cu transfer de

electroni, în rezolvarea unor exerciții și probleme;

C3 Efectuarea experimentelor virtuale și de laborator după instrucțiuni scrise, analizarea și interpretarea rezultatelor obținute;

C4 Precizarea importanței practice a proceselor chimice studiate.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: descoperire dirijată, metoda FLORIS, modelare,

algoritmizare, experimentul virtual și de laborator, conversație, explicație, scriere liberă, rezolvarea de exerciții și probleme..

Mijloace de învățământ: manual, calculator, videoproiector, postere, fișe de lucru,

fișe de activitate experimentală, substanțe și ustensile de laborator.

Forme de activitate: frontal, individual, pe grupe.

Evaluare: aprecieri verbale, evaluare directă.

Documentare bibliografică:

*** Chimia – Nr. 2, martie 2003, Revistă trimestrială pentru elevi, Societatea de Chimie

din România;

M. Andrule, L. Chiru, L. Cojocaru, M. Ivanov, Chimie clasa a X – a , C1, Ed. All, 2000;

D. Bogdan, G. Teodorescu, Chimie C1, clasa a X – a, Ed. Niculescu, București, 2000;

P. Arsene, C. Marinescu, Chimie clasa a X – a, Ed. Didactică și Pedagogică, București,

2002;

F. Roncea, Tehnologie farmaceutică, vol. I, Ed. Muntenia, Constanța, 2008.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR.1

Completați următorul aritmogrif și veți găsi, pe verticală, denumirea particulei elementare transferate de la agentul reducător la agentul oxidant.

Oxido – reducere, altfel.

Transferul de electroni de la atomii de sodiu la atomii de clor în reacția de oxido – reducere:

Proces care are loc la orice oxidare.

Această specie chimică se oxidează.

Proces care are loc la orice reducere.

Acest proces are loc cu scăderea numărului de oxidare.

Reacție de combinare cu oxigenul sau proces care are loc cu cedare de electroni.

Această specie chimică acceptă electronii cedați în procesul de oxidare.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 1

Prepararea formulei magistrale: Soluție Lugol (soluție apoasă de iod iodurat)

Rp./ Iodum 1g

Kaliu iodium 2g

Aqua 97g

Preparare:

Într-un flacon se dizolvă 2g de iodură de potasiu în 5g de apă, apoi se adaugă iodul pulverizat în prealabil prin intermediu volatil (cloroform , eter).

După dizolvarea completă, soluția se diluează cu restul de apă adăugată treptat.

Întrebuințări și acțiune terapeutică:

extern: acțiune caustică, antiseptică, micostatică

intern: antitiroidian

Conservare: soluția se păstrează în recipiente bine închise, ferite de lumină.

Temă:

Efectuați experimentul și notați observațiile în Fișa de activitate.

Scrieți ecuația redox, precizând agentul oxidant și agentul reducător.

Notați coeficienții stoecchiometrici ai ecuației reacției chimice.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 2

Preparea formulei magistrale: Tinctura de iod

(soluție alcoolică de iod – iodurat) (F.R. X, 2004)

Rp./ Iodum 2g

Kaliu iodium 3g

Alcoholum 500 q.s. 100g

Preparare:

Iodul și iodura de potasiu se dizolvă în 30g alcool de 500 și se completează cu același

solvent la 100g.

Întrebuințări și acțiune terapeutică:

extern: dezinfectant, antiseptic al pielii și rănii, tratamentul dermatozelor, dezinfectarea

câmpului operator.

Conservare: în flacoane incolore, bine închise.

Temă:

Efectuați experimentul și notați observațiile în Fișa de activitate.

Scrieți ecuația redox, precizând agentul oxidant și agentul reducător.

Notați coeficienții stoechiometrici ai ecuației reacției chimice.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 3

Preparea formulei magistrale:

soluție apoasă destinată utilizării pentru gargară (F.R.X, supliment 2004)

Rp./ 0,3g

Kaliu iodium 3,00g

Glyceroli 50,00g

Aqua Menthol q.s.a.d. 300g

M. f. sol.

D. S. ext. gargarism

Preparare:

Iodul și iodura de potasiu se dizolvă în glicerină și se completează cu apă de mentă.

Întrebuințări:

antiseptice, dezodorizante.

Conservare: soluția se păstrează în recipiente bine închise, ferite de lumină.

Temă:

Efectuați experimentul și notați observațiile în Fișa de activitate.

Scrieți ecuația redox, precizând agentul oxidant și agentul reducător.

Notați coeficienții stoechiometrici ai ecuației reacției chimice.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 4

Preparea formulei magistrale:

Întrebuințări:

tratamentul scabiei.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

METODA REDOX

POSTER

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR.2

Completați spațiile libere din tabelul de mai jos, pentru reacția chimică din experimentul virtual.

Activitate experimentală:

Efectuați experimentul din Fișa de activitate experimentală nr. ____ și notați observațiile.

Observații:

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Activitate independentă:

Scrieți ecuația chimică a reacției executată experimental.

Stabiliți coeficienții prin metoda redox.

Precizați importanța practică a reacției chimice studiate.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR.2

ETALON

Completați spațiile libere din tabelul de mai jos, pentru reacția chimică din experimentul virtual.

Activitate experimentală:

Efectuați experimentul din Fișa de activitate experimentală nr. ____ și notați observațiile.

Observații:

Soluție limpede, culoare brun – roșiatică, miros caracteristic de iod.

Soluție limpede, brună, cu miros caracteristic de iod și de alcool.

Soluție limpede, brună, cu miros caracteristic de iod și de mentă.

Activitate independentă:

Răspuns:

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: anul I profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tipul lecției: recapitulare și sistematizare a cunoștințelor

Durata: 50 minute

Scopul lecției:

Competențe derivate:

C1 ;

C2 Scrierea și egalarea, prin metoda redox, a ecuațiilor reacțiilor chimice;

C3 Prezentarea informațiilor teoretice referitoare la reacțiile redox, folosind în mod adecvat terminologia specifică;

C4 Utilizarea cunoștințelor în modelarea scrisă a ecuațiilor cu transfer de electroni;

C5 Aplicarea algoritmilor corespunzători pentru rezolvarea unor probleme.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: conversație euristică, descoperire dirijată, experimentul de laborator, algoritmizare, problematizare, modelare, ciorchinele, matricea conceptuală, rezolvarea de exerciții și probleme.

Mijloace de învățământ: fișe de lucru, fișe de evaluare, surse iconice, manual.

Forme de activitate: frontal, individual, pe grupe.

Evaluare: aprecieri verbale, corectare și notare reciprocă.

Documentare bibliografică:

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Manual Chimie, clasa a IX – a, Ed. LVS Crepuscul, 2004;

S. Fătu, C. Costin, A. Toescu, Chimie, Manual clasa a XI – a, Ed. Didactică și

Pedagogică, București, 1995;

E. Goiceanu, C. Tache, D. Bâclea, Chimie C1, Manual clasa a X – a, E. Teora, 2000.

P. Arsene, C. Marinescu, Chimie C1, Manual clasa a X – a, Ed. Didactică și Pedagogică,

București, 2002.

S. Fătu, Didactica Chimiei, Ed. Corint, București, 2002.

Internet.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Clasa: anul I profesională

Unitatea de învățare: Procese redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE DOCUMENTARE

Reacțiile cu transfer de electroni sunt numite și reacții de oxido – reducere sau reacții redox. Sunt întâlnite în viața de zi cu zi, la fiecare pas.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE EXPERT A

Informații:

Reacțiile în care speciile chimice își schimbă numărul de oxidare, au loc cu transfer (cedarre – acceptare) de electroni.

Procesul chimic care are loc cu cedare de electroni se numește oxidare. În procesul de oxidare N.O. crește.

Procesul chimic care are loc cu acceptare de electroni se numește reducere. În procesul de reducere N.O. scade.

Pornind de la informațiile de mai sus, răspundeți următoarelor cerințe:

Reacția de oxidare este procesul de:

acceptare de electroni;

punere în comun de electroni;

cedare de electroni;

cedare de protoni.

În procesul , ionul de sulf:

acceptă 4 electroni;

cedează 4 electroni;

acceptă 8 electroni;

cedează 2 electroni.

În timpul procesului de reducere:

numărul de oxidare crește;

numărul de oxidare scade;

are loc cedare de eectroni;

numărul de oxidare rămâne neschimbat.

În care dintre următoarele reacții chimice sunt cedați 3 electroni:

;

;

;

?

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Agent oxidant și agent reducător

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE EXPERT B

Informații:

Substanța care cedează electroni, oxidându-se, se numește agent reducător.

Substanța care acceptă electroni, reducându-se, se numește agent oxidant.

Pornind de la informațiile de mai sus, răspundeți următoarelor cerințe:

Reacția:

Procesul de oxidare care are loc, este descris corect de ecuația:

;

;

;

.

Procesul de reducere care are loc, este descris corect de ecuația:

;

;

;

.

Agentul reducător din reacția descrisă este următorul:

;

;

;

Agentul oxidant din reacția descrisă anterior este următorul:

;

;

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Număr de oxidare

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE EXPERT C

Informații:

Numărul de oxidare (N.O.) al unui atom sau ion este egal cu numărul de electroni implicați în formarea de legături ionice sau covalente.

Reguli de stabilire a N.O.:

N.O. pentru substanțele elementare este zero;

N.O. pentru ionii mono și poliatomici este egal cu sarcina ionului;

N.O. al hidrogenului în compușii covalenți este +1; excepție – hidrurile alcaline au N.O. egal cu −1;

N.O. al oxigenului este egal cu −2; excepție – în peroxizi N.O. este egal cu −1;

Suma algebrică a N.O. ale tuturor atomilor dintr-o moleculă neutră este egală cu zero;

Suma algebrică a N.O. ale atomilor care intră în compoziția unui ion trebuie să fie egală cu sarcina ionului.

Pornind de la informațiile de mai sus, răspundeți următoarelor cerințe:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Stabilirea coeficienților în ecuațiile reacțiilor redox

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE EXPERT D

Informații:

Algoritmul de stabilire a coeficienților reacțiilor redox este:

Se scriu formulele reactanților și produșilor de reacție:

Se stabilesc N.O. ale elementelor din reactanți și produși de reacție și se marchează elementele care își modifică numărul de oxidare:

Se scriu ecuațiile proceselor de oxidare și de reducere:

reducere, agent oxidant; reducere, agent oxidant

oxidare, agent reducător; oxidare, agent reducător

Se face bilanțul electronic și se completează coeficienții ținând seama de acesta:

x2

x5

1

1

Se aplică legea conservării numărului de atomi și se scrie ecuația completă a procesului:

Pornind de la informațiile de mai sus, răspundeți următoarelor cerințe:

Fie reacția:

Coeficientul stoechiometric al HNO3 este:

1; b. 2; c. 3; d. 4.

Coeficientul stoechiometric al C este:

1; b.2; c.3; d.4.

Coeficientul stoechiometric al CO2 este:

1; b. 2; c. 3; d. 4.

Coeficientul stoechiometric al NO este:

1; b. 2; c. 3; d. 4.

Coeficientul stoechiometric al H2O este:

a.1; b. 2; c. 3; d. 4.

Unitatea de învățare: Procese redox Timp de lucru: 10 min.

Clasa: anul I profesională

TEST DE EVALUARE

Care din următoarele procese chimice nu reprezintă reacții cu transfer de electroni?

ruginirea fierului;

reacția de neutralizare;

oțetirea vinului;

fotosinteza.

Numărul de oxidare al manganului în este:

+5; b. +7; c. −4; d. +4.

În reacția: , agentul reducător este:

Zn; b.HCL; c. ZnCl2; d. H2.

Care este numărul de oxidare al azotului în HNO3?

+3; b. −4; c. +5; d. −2.

În care compus, suma algebrică a numerelor de oxidare este egală cu +1?

a.; b. ; c. ; d. .

În procesul , ionul de sulf:

a. acceptă 4 electroni;

b. cedează 4 electroni;

c. acceptă 8 electroni;

d. cedează 2 electroni.

Care este compusul în care clorului i se atribuie numărul de oxidare +5?

HclO4; b.HclO3; c. HclO2; d. HClO.

În timpul procesului de reducere:

numărul de oxidare crește;

numărul de oxidare scade

are loc cedare de electroni;

numărul de oxidare rămâne neschimbat.

Care din reacțiile de mai jos nu este o reacție redox?

;

;

;

.

Notă:

Testul conține un singur răspuns corect la fiecare întrebare.

Fiecare răspuns corect va fi notat cu un punct.

Se acordă un punct din oficiu.

Unitatea de învățare: Procese redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE EXERCIȚII

(de recuperare)

Completați spațiile libere din enunțurile de mai jos:

Substanța care se oxidează este agent _____________ și substanța care se reduce este agent _____________ .

Hidrogenul are numărul de oxidare _____ în hidrurile alcaline.

Procesul chimic în care un atom ___________ electroni se numește oxidare.

Substanțele în stare elementară au N.O. ____ .

Se dau următorii compuși ai azotului: . Alegeți răspunsurile corecte.

Toți compușii au caracter reducător.

Numărul de oxidare al azotului variază: −3; −2; +1.

Numărul de oxidare al azotului variază: −3; −2; −1.

În toți compușii azotul este tetravalent.

Se dau următorii compuși ai sulfului: Alegeți răspunsurile corecte.

Numerele de oxidare ale sulfului sunt în ordine: +2, +4, +6.

În SO2 sulful are numărul de oxidare +4.

În reacția cu apa, SO3 formează H2SO3.

În molecula H2S unghiul dintre covalențe este de

Care dintre reacțiile de mai jos nu este o reacție redox?

Stabiliți coeficienții prin metoda redox pentru următoarea reacție:

Răspunsuri:

a. reducător, oxidant; b. −1; c. cedează; d. 0.

a., c.

b., a.

c.

Unitatea de învățare: Procese redox

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE EXERCIȚII

(de dezvoltare)

Alegeți dintre reacțiile de mai jos pe cele care nu sunt reacții de oxido – reducere:

Calculați coeficienții prin metoda redox pentru următoarele reacții:

a. Scrieți ecuațiile corespunzătoare transformărilor de mai jos:

Precizați agentul oxidant și agentul reducător din fiecare proces redox:

Se tratează 100 ml soluție de FeSO4 10−1M cu KmnO4 solid în mediu de H2SO4. Calculați masa de KMnO4 necesară pentru oxidarea tuturor ionilor de Fe2+.

Răspunsuri:

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: ID profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Tipul lecției: mixtă

Durata: 50 minute

Scopul lecției: dobândirea de către elevi a cunoștințelor referitoare la oxidare, respectiv reducere și dezvoltarea capacităților de explorare a surselor, de comunicare a informațiilor și de a lucra în echipă.

Competențe derivate:

C1 Utilizarea în mod adecvat a termenilor chimici specifici temei: ”reacție de oxidare”, ”reacție de reducere, ”reacție de oxido – reducere”, ”agent oxidant”, ”agent reducător”, ”cuplu redox”;

C2 Identificarea proceselor de oxidare, de reducere, a agentului oxidant și reducător;

C3 Efectuarea experimentală a reacțiilor de oxido – reducere;

C4 Modelarea grafică a reacțiilor redox, indicând transferul de electroni;

C5 Precizarea importanței practice a proceselor de oxido – reducere.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: conversație euristică, descoperire dirijată,

experimentul de laborator, algoritmizare, problematizare, modelare, ciorchinele, matricea conceptuală, rezolvarea de exerciții și probleme.

Mijloace de învățământ: fișe de lucru, fișe de activități experimentale, fișe de

evaluare, substanțe și ustensile de laborator, surse iconice, manual, moodboard.

Forme de activitate: frontal, individual, pe grupe.

Evaluare: aprecieri verbale, evaluare directă, autonotare controlată.

Documentare bibliografică:

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Chimie, Manual clasa a IX – a, Ed. LVS Crepuscul, 2004;

P. Arsene, C. Marinescu, Chimie, Manual clasa a X – a, Ed. Didactică și Pedagogică,

București, 2002;

V. David, D. Bâclea, Ghid de chimie pentru bacalaureat, Ed. All, 2000;

S. Fătu, C. Costin, A. , Chimie, Manual clasa a XI – a, Ed. Didactică și Pedagogică,

București, 1995;

S. Fătu, Didactica chimiei, Ed. Corint, București, 2002;

L. A. Pruteanu, Metode interactive folosite în studiul chimiei, Rovimed Publishers,

Bacău, 2010;

Internet.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 1

Citind cu atenție normele de protecșia muncii și modul de lucru, efectuați experimentele.

Notați observațiile, concluziile și ecuațiile reacțiilor chimice în tabel.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

CHIMIA ALTFEL…FIOLA SE ÎNVERZEȘTE

(Fiolele folosite de Poliție pentru depstarea șoferilor aflați sub influența băuturilor alcoolice funcționează pe baza acestei reacții redox.)

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 2

Citind cu atenție normele de protecșia muncii și modul de lucru, efectuați experimentele.

Notați observațiile, concluziile și ecuațiile reacțiilor chimice în tabel.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

CHIMIA ALTFEL…”POMUL LUI SATURN”

(”Pomul lui Saturn deoarece, în trecut, plumbul era considerat metalul planetei Saturn.”)

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ NR. 3

Citind cu atenție normele de protecșia muncii și modul de lucru, efectuați experimentele.

Notați observațiile, concluziile și ecuațiile reacțiilor chimice în tabel.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

CHIMIA ALTFEL…PĂDUREA DE ARGINT

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

REZULTATELE ACTIVITĂȚILOR EXPERIMENTALE

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

REZULTATELE ACTIVITĂȚILOR EXPERIMENTALE

ETALON

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 1

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 1

SCHEMA LECȚIEI – ETALON

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Oxidare și reducere

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 2

NIVEL INFERIOR

Completați matricea de mai jos cu informații despre termenul ”Reacții redox”.

BAREM:

NIVEL MEDIU

Citiți cu atenție enunțurile de mai jos și alegeți varianta de răspuns corectă.

Procesul de oxidare este procesul care are loc cu cedare/acceptare de electroni.

Procesul de reducere este procesul care are loc cu cedare/acceptare de electroni.

Elementul care cedează electronii care vor fi acceptați în procesul de reducere este agentul oxidant/agentul reducător.

Elementul care acceptă electronii care au fost cedați în procesul de oxidare este agentul oxidant/agentul reducător.

Care din următoarele substanțe acționează, în mod obișnuit, ca agent reducător?

; b) ; c) ; d)

În reacția:

clorul se oxidează;

clorul se reduce;

clorul este atât agent oxidant cât și reducător.

BAREM DE EVALUARE ȘI DE NOTARE

Câte 1 punct pentru fiecare dintre următoarele răspunsuri:

cedare

acceptare

reducător

oxidant

Câte 2 puncte pentru fiecare dintre următoarele răspunsuri:

__

__

Se acordă 2 puncte din oficiu.

CORELAREA COMPETENȚELOR CU ITEMII PROPUȘI

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: anul I profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Tipul lecției: dobândire de priceperi și deprinderi de noi cunoștințe

Durata: 50 minute

Scopul lecției: dobândirea de către elevi a cunoștințelor referitoare la pile electrochimice și dezvoltarea capacităților de explorare a surselor, de comunicare a informațiilor și de a lucra în echipă.

Competențe derivate:

C1 Construirea și explicarea funcționării unei pile electrochimice;

C2 Modelarea grafică pe baza unor reacții de oxido – reducere a pilelor electrochimice

cu utilizare practică;

C3 Identificarea importanței și utilizării celulelor galvanice în practică;

C4 Colectarea informațiilor prin observări calitative și cantitative;

C5 Formularea de concluzii folosind informații din surse de documentare, grafice și

date experimentale.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: conversație euristică, dezbatere, discuție, explicație, modelare, descoperire dirijată, documentare, proiect, investigație, experiment, problematizare, turul galeriei.

Mijloace de învățământ: referat, prezentări PPT, colecție de pile electrochimice, substanțe și ustensile de laborator, calculator, videoproiector, suport de curs, fișe de activitate, manual.

Forme de activitate: frontal, individual, pe grupe.

Documentare bibliografică:

***, CH – FZ și Electrochimie, Laborator, vol. 3 – Suport de curs pentru programele

Privim către viitor – Chimie, Basic IT SKILLS, TIC Chimie, Inovarea în

predarea și învățarea chimiei – București, Ed. Politehnică Press, București,

2012;

G. N. Noveanu, V. Tudor, Chimie, IX, Manual pentru Școala de Arte și Meserii, Ed.

Sigma, 2004;

M. Andrule, L. Chiru, L. Cojocaru, M. Ivanov, Probleme chimie pentru clasa a IX – a,

Ed. All Educational, București, 2001;

D. E. Goiceanu, C. Tache, D. Bâclea, Chimie, clasa a X – a, C1, Ed. Terra Educational,

București, 2000;

E. Alexandrescu, Chimie anorganică și fizică pentru liceu și gimnaziu, Ed. Explorator,

Ploiești, 2015;

L. M. Pruteanu, Metode interactive folosite în studiul chimiei, Ed. Rovimed Publishers,

Bacău, 2010.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 1

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 1 (nivel inferior)

”Copilul are

O sută de limbaje

O sută de mâini

O sută de gânduri …”

Aplicație:

Proiectarea desfășurării unei activități experimentale și întocmirea unui raport scris despre ”Construcția și funcționarea unei pile electrochimice”.

Investigați!

Definiți și precizați rolul pilei electrochimice.

Descrieți alcătuirea pilei electrochimice.

Precizați rolul fiecărui element component.

Scrieți procesele care se petrec în semicelule.

Temă

Presupunând că aveți la dispoziție electrozi de Fe, Cu, Sn și soluții de CuSO4, FeSO4, SnCl2, precizați câte pile electrochimice se pot construi.

Scrieți ecuațiile proceselor de oxidare și reducere din cuplurile de semicelule, bilanțul proceselor care au loc la electrozi și reprezentați fiecare celulă.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 1

ETALON

Investigați!

Pilele electrochimice, numite și celule electrochimice sau pile galvanice, sunt sisteme care convertesc energia chimică în energie electrică.

Pila electrochimică este alcătuită din: doi electrozi (zinc și cupru) cufundați în soluțiile apoase ale unor săruri ale lor (sulfat de zinc, respectiv sulfat de cupru), o punte de sare, un conductor electric și un voltmetru.

Electrozii permit curentul electric între soluție și circuitul exterior.

Puntea de sare realizează contactul electric între soluții prin intermediul ionilor.

Conductorul electric permite trecerea curentului prin circuitul exterior.

Voltmetrul măsoară diferența de potențial între cei doi electrozi.

La electrozi au loc următoarele procese:

(oxidare)

(reducere)

Ecuația reacției chimice pe care se bazează funcționarea pilei:

Pila electrochimică Zn – Cu se reprezintă schematic:

│ ║ │

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 2 (nivel mediu)

”… O sută, întotdeauna o sută

de feluri de a gândi,

de a se juca, de a vorbi …”

Aplicație:

Documentarea și întocmirea unei scurte comunicări scrise despre ”Celulele galvanice utilizate în practică”.

Investigați!

Pila Leclanché

Acumulatorul cu plumb

Pila Zn – aer

Acumulatori pe bază de litiu

Temă:

Asociați cifrelor denumirile componentelor pilei Leclanché și a materialelor din care sunt confecționate.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 2

ETALON

Acumulatorul cu plumb

Cel mai cunoscut mijloc de producere a electricității pentru motoarele automobilelor.

Fiecare celulă galvanică produce 2V, fiind nevoie de șase astfel de celule pentru a produce 12V necesari bateriei de mașină.

Pila Leclanché

Denumită și bateria zinc – carbon, se utilizează ca baterie de buzunar, pentru alimentarea

aparatelor de radio cu tranzistori, la ceasuri etc.

Pila Zinc – aer (baterie ”buton” zinc – aer)

Sunt utilizate pe scară largă la protezele auditive, pentru alimentarea aparaturii electronice portabile și au un timp de descărcare de cca. 20 de zile.

Acumulatori pe bază de litiu – ion

Fac parte din ultima generație de acumulatori și sunt foarte utilizați în domeniul militar, aeronautic, spațial și al aplicațiilor civile.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 3 (nivel superior)

”… O sută, întotdeauna o sută

de feluri de a asculta,

de a se mira, de a iubi …”

Aplicație:

Realizarea unei prezentări PPT despre ”Vehicule electrice hibride”.

Investigați!

Tipuri de vehicule hibride;

Acumulatori folosiți la vehiculele hibride;

Avantaje și dezavantaje;

Modele de vehicule hibride.

Bibliografie:

Informații din rețeaua Internet

reviste de specialitate

alte surse

Temă:

”Acumulatori. Reciclare, scopuri și modalități de realizare”.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

FIȘA DE LUCRU NR. 2

Prezentarea situației de învățare nr. 4 (CES)

”… O sută de lumi de descoperit

O sută de lumi de inventat,

O sută de lucruri la care să viseze …”

Aplicație:

Realizarea unei colecții de ”Pile electrochimice”, întocmirea unei fișe de caracterizare și prezentarea acesteia.

Temă:

Completați colecția de ”Pile electrochimice” cu modele de elemente galvanice utilizate în viața de toate zilele.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Pile electrochimice

Clasa: anul I profesională

COLECȚIA DE PILE ELECTROCHIMICE

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: I profesională (B, D, E)

Data:

Tema: Procese redox

Tipul lecției: evaluare

Durata: 50 minute

Scopul lecției: evaluarea cunoștințelor însușite la lecțiile studiate (procese redox, elemente galvanice, coroziune)și a capacității de utilizare a acestora în contexte noi.

Competențe derivate de evaluat:

C1 Identificarea proceselor de oxidare și de reducere, a agentului oxidant și a agentului reducător, a coroziunii pentru un sistem redox;

C2 Indicarea componentelor principale ale pilelor electrochimice;

C3 Recunoașterea utilizării pilelor electrochimice în viața cotidiană;

C4 Utilizarea algoritmilor în egalarea ecuațiilor reacțiilor chimice prin metoda redox și în rezolvarea problemelor de calcul stoechiometric;

C5 Stabilirea corelațiilor între noțiunile de chimie și cele de matematică;

C6 Aprecierea rezultatului testului de evaluare folosind corectarea și notarea controlată.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: expunere, conversație, explicație, rezolvare de exerciții și probleme.

Mijloace de învățământ: test structurat, manual, culegeri de probleme.

Forme de activitate: individuală, în perechi.

Documentare bibliografică:

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Ghidul elevului, Chimie, clasa a IX – a, Ed. LVS

Crepuscul, 2004;

E. Alexandrescu, Chimie anorganică și fizică pentru liceu și gimnaziu, Sinteze.

Probleme. Teste, Ed. Explorator, Ploiești, 2005;

V. David, D. Bâclea, C. Grecescu, Ghid de chimie pentru bacalaureat, Ed. All, 2000;

I. S. Fătu, Didactica Chimiei, Ed. Corint, București, 2002;

I. M. Pruteanu, Metode interactive folosite în studiul chimiei, Ed. Rovimed Publisher,

Bacău, 2010.

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox Nume și prenume: _______________

Clasa: anul I profesională Data: _________________________

TEST DE EVALUARE FINALĂ

Pentru rezolvarea corectă a tuturor cerințelor se acordă 90 de puncte.

Din oficiu se acordă 10 puncte.

Timpul efectiv de lucru este de 45 de minute.

Completați spațiile libere cu unul din termenii subliniați, astfel încât să obțineți un enunț corect

din punct de vedere științific:

Într-o reacție chimică cu transfer de electroni, numărul electronilor cedați dață de numărul electronilor acceptați trebuie să fie ________________ . (egal/mai mare)

Oxidarea este procesul chimic în care un atom ________________ electroni. (cedează/acceptă)

Atomul sau specia chimică din care face parte atomul, care acceptă electroni se numește ________________ . (agent oxidant/agent reducător)

O celulă electrochimică este un dispozitiv în care ________________ este transformată în energie electrică. (energie termică/energie chimică)

Într-o celulă electrochimică ________________ este electrodul la care are loc procesul de reducere. (anodul/catodul)

25 de puncte (5 puncte × 5)

Alegeți varianta de răspuns corectă pentru enunțurile de mai jos:

Anodul și catodul unei pile Daniell sunt:

Zn, ZnSO4 și Cu, CuSO4;

Zn, CuSO4 și Cu, ZnSO4;

Cu, CuSO4 și Zn, ZnSO4;

Cu, ZnSO4 și Zn, CuSO4.

Variația concentrației și densității H2SO4 în timpul funcționării acumulatorului cu plumb corespund următoarei situații:

concentrația crește, densitatea scade;

ambele scad;

ambele rămân constante;

concentrația scade, densitatea crește.

Ecuația corectă este:

Anodul pilei Leclanché este:

un cilindru de zinc;

o bară de cărbune înconjurat de CO2;

un ansamblu zinc – cupru;

un amestec umed de NaCl și ZnCl2.

20 de puncte (5 puncte × 4)

Realizați asocierea dintre tipul pilei din coloana A și utilizările acesteia din coloana B.

10 puncte (2,5 puncte × 4)

Ecuația reacției generatoare de curent pentru o pilă electrochimică este:

Răspundeți următoarelor cerințe:

Descrieți construcția pilei electrochimice.

Scrieți procesele care au loc la electrozi.

Reprezentați schematic pila electrochimică, precizând polaritatea ei.

15 puncte (5 puncte × 3)

Cantitatea de soluție de HCl de concentrație 72% necesară pentru pentru a reacționa cu 1 mol

de MnO2 este _______ .

AH = 1, ACl = 35,5, AO = 16, AMn = 55.

20 de puncte

ETALON DE REZOLVARE

1. egal;

2. cedează;

3. agent oxidant;

4. energie chimică;

5. catod.

1. a. Zn, ZnSO4 și Cu, CuSO4;

2. b. ambele scad;

3. b.

4. a. cilindru de zinc

d. – 1.

c. – 2.

b. – 3.

d. – 4.

a. Electrod de Zn (bară de Zn și soluție de ZnSO4)

Electrod de Ag (bară de Ag și soluție de AgNO3)

b. A (−) :

K (+) :

c. │ ║ │

∕46g

BAREM DE NOTARE

CORELAREA COMPETENȚELOR CU ITEMII PROPUȘI

MATRICEA DE SPECIFICAȚIE

Unitatea de învățare: Procese redox

Clasa: anul I profesională

Timp de lucru:

EVALUARE SUMATIVĂ BAZATĂ PE PORTOFOLIU

CHIMIA ALTFEL … 10+

Competențe derivate urmărite la evaluarea portofoliului:

C1 Utilizarea în mod adecvat a sistemului noțional referitor la reacțiile redox, pilele electrochimice și coroziune;

C2 Aplicarea conceptelor și noțiunilor în rezolvarea de probleme teorerice și practice;

C3 Explicarea fenomenelor și proceselor întâlnite în viața cotidiană;

C4 Manifestarea flexibilității în găndire, a creativității și a spiritului critic, prin formularea unei opinii personale argumentate.

Conținutul portofoliului:

fișe de lucru, de exerciții, cu activități experimentale;

rebusuri tematice;

glosar de termeni;

referate, studii de caz;

matrice conceptuală, ”Scriere liberă”, ”Bilet de încheiere”

surse grafice: desene, afișe publicitare;

”colecții” de pile electrochimice;

test de evaluare inițială și finală.

Observație!

Portofoliul poate fi completat cu produse precum:

fișe de caracterizare a pilelor electrochimice;

fișe biografice ale unor personalități cu rezultate remarcabile în domeniul electrochimiei (L. Galvani, A. Volta, G. Planté, G. Leclanché);

curiozități, etc.

Bibliografie:

manuale de chimie, fizică, biochimie;

ziare și reviste de specialitate;

informații din rețeaua Internet;

alte materiale.

Evaluare

Portofoliul poate fi evaluat analitic, apreciindu-se fiecare produs în parte și centralizându-se apoi, punctual sau global rezultatele, realizându-se un raport de evaluare asupra întregului conținut.

PROIECT DIDACTIC

Nume și prenume: Vulpe Grațiela

Unitatea de învățământ: Liceul Tehnologic ”D. Leonida” Constanța

Disciplina: Chimie

Clasa: ID profesională

Data:

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Tipul lecției: dobândire de priceperi și deprinderi de noi cunoștințe

Durata: 50 minute

Scopul lecției: dobândirea de către elevi a cunoștințelor referitoare la coroziune în vederea explicării fenomenului, a identificării tipurilor de coroziune și a soluțiilor de combatere a acesteia și dezvoltarea capacităților de explorare a surselor, de comunicare a informațiilor și de a lucra în echipă.

Competențe derivate:

C1 Utilizarea în mod adecvat a termenilor specifici referitori la coroziune;

C2 Explicarea fenomenului de coroziune;

C3 Identificarea soluțiilor de combatere a coroziunii;

C4 Selectarea informațiilor oferite de surse prelucrate.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: conversație euristică, modelare, problematizare, studiu de caz, Știu/Vreau să știu/Am învățat, demonstrația, experimentul de laborator, descoperirea dirijată, Bingo.

Mijloace de învățământ: fișe de lucru, substanțe și ustensile de laborator, calculator, videoproiector, surse audio – video (filmul didactic) surse iconice, benzi desenate, poster, manual.

Forme de activitate: individual, în perechi, pe grupe, frontal.

Documentare bibliografică:

***, CF – FZ și electrochimie, vol.3, Suport de curs pentru programele Privim către

viitor e – chimie, Ed. Politehnica Press, București, 2012;

C. Vodă, Experiențe fără laborator, Ed. Didactică și Pedagogică, București,

E. Alexandrescu, V. Zaharia, Chimie, Manual clasa a IX – a, Ed. LVS Crepuscul,

Ploiești, 2004;

M. Andrule, L. Chiru, L. Cojocaru, M. Ivanov, Chimie C1, clasa a X –a, Ed. All,

București, 2000;

L. Vlădescu, I. Badea, M. Nistor, Chimie C1, clasa a X –a, Ed. All, București, 2000;

C. M. Pruteanu, Metode interactive folosite în studiul chimiei, Ed. Rovimed Publishers,

Bacău, 2010;

***Lecții Ael

***Lecții virtuale

SCENARIU DIDACTIC

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 1

Completați rebusul conform definiițiilor de mai jos și veți găsi, pe verticală, denumirea procesului de degradare a suprafețelor corpurilor metalice.

Acoperirea suprafețelor cu crom.

Compus organic folosit la protecția acoperișurilor împotriva coroziunii.

Acoperirea suprafețelor cu aur.

Procesul de oxidare care apare în cazul pilelor electrochimice.

Metalul folosit pentru protecția vapoarelor împotriva coroziunii.

Peliculă folosită la protrjarea obiectelor de uz casnic: oale, găleți, ligheane etc.

Ion metalic care apare în cocleală.

Rezultatul coroziunii fierului.

Denumirea particulei elementare transferată în reacțiile redox.

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 2

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

STUDIU DE CAZ

”Există la Delhi o coloană de fier pur care

de multe secole nu s-a corodat deloc, dar nu se

cunoaște explicația acestei rezistențe extraordinare

la coroziune.”

Priviți cu atenție imaginile de mai sus și definiți coroziunea.

Fuselajul avioanelor este confecționat din materiale în compoziția cărora intră aluminiu.

Coroziune generată de acțiunea gazelor uscate (O2, SO2, H2S, Cl2, CO2, HCl) sau neeloctriliți – constă în formarea unei pelicule de oxid sau de sare la suprafața metalelor.

Coroziune generată de apariția în masa metalului a unor micropile electrice, la contactul metalelor cu apa, cu soluția unui electrolit, cu aerul umed.

Coroziune generată de activitatea vitală, metabolică sau excretoare a unor microorganisme

Coroziune în cazul lucrărilor dentare din materiale diferite

Identificați tipurile de coroziune și procesele de oxido – reducere care au loc urmărind cu atenție imaginile și filmul.

”Pentru a împiedica procesul de coroziune a construcțiilor și instalațiilor metalice, se folosesc aliaje și metale rezistente din punct de vedere chimic (oțeluri inoxidabile). O altă metodă de protecție împotriva coroziunii constă în acoperirea cu un strat protector a suprafețelor de protejat: metalice, anorganice și organice.

Straturile metalice pot fi obținute prin diferite procedee: galvanizare (depunerea unui strat prin electroliză), metalizare (acoperirea cu un metal protector, în stare topită și pulverizată), cufundarea în metal (acoperirea cu un metal care are un punct de topire mic). Straturile anorganice pot fi obținute din pelicule formate din oxizi, fosfați sau emailuri. Straturile organice sunt formate din pelicule de lacuri, vopsele, bitum, cauciucuri etc. Uneori, în mediile puternic corozive, se introduc inhibitori, substanțe care au capacitatea de a micșora viteza de coroziune. Una dintre metodele cele mai eficiente de prevenire a coroziunii este protecția catodică, folositoare în special în prevenirea coroziunii încălzitoarelor de apă, rezervoarelor și conductelor subterane și echipamentelor marine.”

Citiți cu atenție textul de mai sus și identificați metodele de protecție împotriva coroziunii.

Alegeți metoda corectă de stopare a coroziunii în cazurile de mai sus.

Efectuați experimentul de laborator, descrieți fenomenul observat și notați concluziile.

Unitatea de învățare: Procese redox SCHEMA LECȚIEI

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

Unitatea de învățare: Procese redox

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

SCHEMA LECȚIEI

Unitatea de învățare: Procese redox Nume și prenume __________

Tema: Coroziunea și protecția împotriva coroziunii

Clasa: ID profesională

FIȘĂ DE LUCRU NR. 3

Lucrează singur! 9 întrebări de nota 10!

Timp de lucru: 5 min.

Scrieți în paranteză varianta din spațiul liber care completează corect fiecare afirmație.

Elevul care completează toate enunțurile spune BINGO iar, dacă răspunsurile sunt corecte, va fi declarat CÂȘTIGĂTOR.

Primii cinci elevi care dau nouă răspunsuri corecte vor fi notați cu 10.

Coroziunea este procesul de distrugere a metalelor ___________________ . (sub acțiunea mediului înconjurător/sub acțiunea luminii)

Cel mai ușor se corodează metalele ___________________ . (cu o reactivitate chimică mare/colorate)

După modul în care se poate produce coroziunea, distingem ___________________ . (coroziune chimică și electrochimică/coroziune)

Coroziunea chimică constă în distrugerea metalelor prin reacții care au loc ___________________ . (între metale și gaze uscate sau neelectroliți/între metale și vopsele aplicate pe ele)

Ruginirea fierului se produce datorită ___________________ . (luminii care acționează asupra obiectelor din fier/acțiunii aerului și a apei)

O metodă de protecție împotriva coroziunii este ___________________ . (aplicarea unor straturi protectoare/straturi)

Straturile protectoare aplicate împotriva coroziunii sunt ___________________ . (metalice și nemetalice/metalice, anorganice și organice)

Coroziunea electrochimică se produce în prezența unei soluții de ___________________ . (electrolit/neelectrolit)

Inhibitorii sunt substanțe care au capacitatea de a ___________________ . (micșora/crește viteza de coroziune)

Barem: 1 punct din oficiu

9 itemi x 1 punct

Total: 10 puncte

ANEXE

ANEXA 5 – Paradigma instruirii diferențiate

ANEXA 9

Particularități psiho – sociale ale elevilor cu cerințe educative speciale

ANEXA 10 – Particularități psiho – sociale ale elevilor capabili de performanță înaltă

ANEXA 6 – Harta generală de realizare a educației diferențiate

DIFERENȚIEREA

(predarea pentru maxim de învățare individual)